[发明专利]铁系催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种铁系催化剂、其制备方法及应用。该制备方法包括：1)将含铁可溶性盐溶液与碱性水溶液混合并反应，得到浆态初产物；2)在有氧气氛下，将该初产物以喷雾的方式负载于固体载体上，进行晶相转变，得到该固体载体表面负载了FeOOH的次产物；以及3)在氮气气氛下，对该次产物干燥，得到铁系催化剂。本发明所提供的铁系催化剂的制备方法工艺流程短、生产成本低、水耗低、无废水，由该制备方法制备的催化剂的煤直接液化催化活性高。

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种铁系催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

我国煤炭资源相对丰富，石油和天然气资源相对短缺。煤直接液化是在高温高压的条件下，借助于供氢溶剂和催化剂的作用，将煤转化为液体产物的洁净煤技术。该工艺的主要产品是优质汽油、喷气燃料油、柴油、芳烃和碳素化工原料，并副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等，工艺热效率高达70％。因此煤直接液化生产液体燃料是煤洁净转化和高效利用的一种重要途径，是平衡富煤少油地区资源的有效技术手段。我国首条百万吨级的煤直接液化生产线从2008年投产至今已成功运行了九年，正在进行第二和第三条生产线的设计与建设。

煤直接液化过程是复杂的物理、化学过程，其影响因素众多，主要包括：煤的种类及性质、反应器形式、催化剂、溶剂、反应温度和时间、气氛等。其中，煤直接液化催化剂能够促进煤的热解和加速热解大分子的加氢裂化，提高产物中油的收率和油的品质，因而如何开发和设计催化活性高、选择性好和价格低廉的催化剂一直是煤直接液化研究的热点。

大多数铁系催化剂价格低廉，活性较好，适用于一次通过无需回收的煤直接液化工艺，因此对铁系催化剂的研究和应用更为广泛。在催化煤液化反应中原位生成的磁黄铁矿相(Fe1-xS)已被大多数研究者证实是铁系催化剂的活性相。赤泥、天然铁矿石、合成型铁硫化物、合成型铁氧化物、以及油溶性和水溶性含铁物质都被用做了煤液化催化剂的前驱体，但他们的晶相结构、粒度和分散性等性质差异，会造成对应的活性相性质和催化煤液化效果产生很大差异。合成型铁系催化剂种类和制备方法很多。为实现高活性，研究者更多追求合成更低粒度和更高分散度的铁前驱体物种。

现有技术中的铁系催化剂的制备方法主要有以下几方面的缺陷：

缺陷一：耗费水量较大，并会产生较多的盐浓度高的难处理废水。

缺陷二：制备工艺流程长且复杂、能耗高、成本高，不适合大规模开发应用。

基于以上原因，需要对铁系催化剂的制备方法进行进一步研究，以解决现有技术中的铁系催化剂的制备方法耗费水量大、工艺流程长且复杂、能耗高、成本高，不适合大规模开发应用的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁系催化剂、其制备方法及应用，以解决现有技术中的铁系催化剂的制备方法耗费水量大、工艺流程长且复杂、能耗高、成本高，不适合大规模开发应用的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铁系催化剂的制备方法，该制备方法包括：1)将含铁可溶性盐溶液与碱性水溶液混合并反应，得到浆态初产物；2)在有氧气氛下，将该初产物以喷雾的方式负载于固体载体上，进行晶相转变，得到该固体载体表面负载了FeOOH的次产物；以及3)在氮气气氛下，对该次产物干燥，得到铁系催化剂。

进一步地，在步骤1)中，在搅拌下，将碱性水溶液加至含铁可溶性盐溶液中，反应后，得到浆态初产物。优选地，该浆态初产物为铁的初级沉淀物Fe(OH)₂或Fe(OH)₃。优选地，该浆态初产物的终点pH值控制在7.5至9.0之间。

进一步地，在步骤1)中，在搅拌下，将含铁可溶性盐溶液与碱性水溶液以并流方式混合，反应后，得到浆态初产物。优选地，该浆态初产物为铁的初级沉淀物Fe(OH)₂或Fe(OH)₃。优选地，该浆态初产物的终点pH值控制在7.0至9.0之间。