[发明专利]一种费托合成催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种费托合成催化剂及其制备方法和应用，该方法包括：在催化载体的表面负载活性金属组分；其中，所述催化载体的圆度值范围E被设置为0.15‑0.95。本发明提供的费托合成催化剂在进行费托合成反应时，具有高CO转化率、C5+烃类选择性和低甲烷选择性。

技术领域

本发明涉及一种费托合成催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着石油资源的日趋紧张、原油价格的攀升、对燃料要求的逐步苛刻以及煤和天然气探明储量的不断增加，使费托合成这一领域的研究非常活跃，许多公司在费托合成上进行了研究开发。

费托合成是指合成气在催化剂上转化生成烃类的反应，产物包括各种碳数的烷烃、烯烃和混合醇等。费托合成反应过程中放出大量的热，常会发生催化剂局部过热，导致甲烷和低碳烃的选择性升高，并引起催化剂积碳甚至堵塞床层，因此，反应过程中床层温度的控制对保持催化剂的活性，稳定性和重质烃的选择性非常重要，如何有效移出反应热是反应器设计中应首先考虑的问题。为此，研究者开发了不同类型的合成工艺，按照操作温度可分为低温和高温合成工艺两种；按照反应器形式可分为固定床工艺、流化床工艺和浆态床工艺等，目的之一是为了移出反应热，保证反应平稳进行。

费托合成反应是一个气-固-液多相反应体系，在常规固定床反应器中，催化剂的颗粒直径一般为几个mm，因此，扩散控制对催化活性的影响难以避免。而由费托合成得到的重质石蜡通常以液态、汽溶胶或浆态形式负载在催化剂表面，对反应物H₂和CO在催化剂颗粒内部的扩散产生影响。在反应物的内扩散过程中，H₂的扩散速度比CO快，CO在催化剂颗粒内的扩散限制作用明显强于H₂。因颗粒的粒径不同，导致了颗粒内部CO浓度梯度的差异，影响了CO与金属活性中心位的结合，使得在活性中心上吸附的H/C比增大，碳链增长几率降低，降低了C5+烃类的选择性。解决这一问题的有效途径是通过催化剂的优化设计，对产物的选择性进行调控也是费托合成的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种费托合成催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的费托合成催化剂在进行费托合成反应时，具有高CO转化率、C5+烃类选择性和低甲烷选择性。

为了实现上述目的，本发明提供一种费托合成催化剂的制备方法，该方法包括：

在催化载体的表面负载活性金属组分；其中，所述催化载体的圆度值范围E被设置为0.15-0.95，优选被设置为0.25-0.90，进一步优选被设置为0.35-0.80，更进一步优选被设置为0.45-0.75；所述催化载体的圆度值范围E的获取步骤如下：

采用显微镜获取含有催化载体颗粒的图像；其中，该显微镜的放大倍数为5-300倍；

测量图像中所有催化载体颗粒短轴b和长轴a的数值，并计算得到每个催化载体颗粒的圆度值e＝b/a；

将所计算的圆度值e的最大值和最小值作为所述圆度值范围E的端点值。

可选的，所述催化载体的表面粗糙度Rz被设置为0.25-25微米，优选被设置为0.5-20微米，进一步优选被设置为1-10微米；所述催化载体的表面粗糙度Rz采用干涉法进行测定。

可选的，所述催化载体为选自氧化铝、氧化硅-氧化铝、硅酸铝、氧化硅、氧化钛和氧化锆中的一种或上述多种的混合物或复合物。

以压汞法表征，所述催化载体的孔容为0.2-3毫升/克，比表面积为60-400米²/克，直径为2-30纳米孔的孔容占总孔容的比例大于30体积％；优选催化载体的孔容为0.3-1.5毫升/克，比表面积为100-300米²/克，直径为2-30纳米孔的孔容占总孔容的比例大于50体积％；

所述催化载体采用选自喷雾成型、滚球成型、滴球成型、压片成型和挤条成型中的至少一种成型方式成型；