[发明专利]一种高性能钴基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种高性能钴基催化剂及其制备方法和应用，所述钴基催化剂包括以下重量百分比的各组分：Co：10～40％；Mn：0～5％；TiO₂：55～90％。本发明高性能钴基催化剂具有层状结构，粒度分布均匀，比表面积大，活性组分钴颗粒尺寸较小且高度分散，此外该催化剂在费托合成反应中活性高CO转化率高达97.1％，重质烃(C₅₊)选择性高，主要副产物甲烷与二氧化碳选择性极低，稳定性能好，具备成本低廉、制备简单、易于工业放大等优点。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种高性能钴基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在当今和可预见的将来，化石能源将日益紧缺，原油价格仍会在波动中上涨。针对我国富煤、少气、贫油的能源结构特点，利用费托合成将煤、天然气或生物质经合成气转化为清洁的液体燃料已成为我国解决能源危机的一条切实可行的途径。费托合成是以合成气(CO和H₂的混合气体)为原料，在过渡金属催化剂(如铁系、钴系)上反应生成烃类的反应过程。所得产物中的重质烃或者蜡可以进一步转化得到优质液体燃料(如汽油、柴油、航空煤油等)，这些燃料不含硫化物和氮化物，是非常洁净的燃料。其次，它还可以作为基础油，可以进一步合成润滑油等高附加值产品。费托合成过程中副产物一般认为是甲烷，为使合成气高效地转化为重质烃，尤其是柴油馏分以上的，开发出高选择性、高活性、长寿命的催化剂尤为重要。

钴基催化剂因其催化活性高、副产物甲烷选择性低、稳定性好、水煤气变换反应活性低等优点被广泛应用于费托合成催化反应中。钴基催化剂一般采用浸渍法或共沉淀法进行制备，其干燥过程一般在鼓风干燥箱或真空干燥箱中进行，然而采用这种干燥方法，载体孔道中的钴颗粒容易随着水分的挥发而流出孔道，造成钴颗粒的团聚长大。本发明提供的高性能钴基催化剂采用冷冻干燥法进行制备，在干燥过程中，催化剂前驱体中的水分可不经液态直接升华成气态而除去，可有效抑制载体孔道及表面的钴颗粒发生迁移现象，使钴颗粒大小均一并高度分散，同时使得干燥后的催化材料具有疏松多孔的结构，从而有利于反应过程中的传质及传热，进而提高催化剂的活性及稳定性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能钴基催化剂及其制备方法和应用，用于解决现有技术中存在的钴颗粒分布不均，在费托合成中CO转化率较低，副产物甲烷较高，稳定性较差等问题。所述高性能钴基催化剂包括以下重量百分比的各组分：Co：10～40％；Mn：0～5％；TiO₂：55～90％，通过本发明的制备方法获得的催化剂具有层状结构，粒度分布均匀，比表面积大，活性组分钴颗粒尺寸较小且高度分散，此外该催化剂在费托合成反应中活性高CO转化率高达97.1％，重质烃(C₅₊)选择性高，主要副产物甲烷与二氧化碳选择性极低，稳定性能好，具备成本低廉、制备简单、易于工业放大等优点。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提供一种钴基催化剂，包括以下重量百分比的各组分：

Co：10～40％，如10～20％、20～30％或30～40％；

Mn：0～5％，如0～0.5％、0.5～1％、1～1.5％、1.5～2％、2～4％或4～5％；

TiO₂：55～90％，如55～57％、57～65％、65～68.5％、68.5～69％、69～76％、76～78％、78～79.5％或79.5～90％。

优选地，所述钴基催化剂具有层状结构。

本发明第二方面提供上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按钴基催化剂的重量百分比，将表面活性剂、TiO₂和水混合，冷冻，然后冷冻干燥，得到冷冻干燥TiO₂载体；