[发明专利]一种合成气直接制备低碳烯烃的催化剂

说明书

本发明公开了一种合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，包括活性成分、助剂、球形载体，其中，活性成分为铁和钴，共占催化剂重量的10％～50％；助剂为锰，占催化剂重量的5％～30％；球形载体选自Al₂O₃、TiO₂或活性炭中一种或多种，球形载体的重量占所述催化剂的重量的20％～80％；球形载体为一次颗粒具有球形或椭球形形貌的无孔载体，载体颗粒尺寸为100～1500nm。本发明的有益效果为：制备成本低廉；负载型催化剂提高了催化剂的传热效率，可有效解决催化剂因热量无法及时散出致使催化剂快速失活的问题；催化剂还可以促进生成的低碳烯烃在催化剂表面快速扩散，避免它们发生二次反应，从而有效地提高低碳烯烃的选择性。

技术领域

本发明属于低碳烯烃制备技术领域，具体涉及一种合成气直接制备低碳 烯烃的催化剂。

背景技术

低碳烯烃包括乙烯、丙烯、丁烯，是合成塑料、纤维和各类化工材料的 重要原料。目前，低碳烯烃主要由石脑油裂解的石油化工路线生产获得。

我国煤炭资源丰富，以煤炭为原料，经过气化得到合成气(即CO和 H₂的混合气)，再将合成气转化制甲醇，甲醇制烯烃(MTO)的工艺成熟， 已经步入工业化。与经甲醇制烯烃的间接途径相比，从合成气一步法直接制 备烯烃的路线则具有工艺简单，设备投资少的特点。

合成气直接制低碳烯烃是指合成气(CO和H₂)在催化剂作用下，通过 费托合成制得碳原子数小于或等于4的烯烃的过程，该过程副产水和CO₂。 由于费托合成产品分布受Anderson-Schulz-Flory规律(链增长依指数递减的 摩尔分布)的限制，且反应的强放热性易导致甲烷和低碳烷烃的生成，并促 使生成的烯烃发生二次反应，想要高选择性地得到低碳烯烃较为困难，关键 在于高性能催化剂的开发。

为了提高合成气直接制取低碳烯烃的选择性，可以对费托合成催化剂进 行物理和化学改性，如利用分子筛适宜的孔道结构，有利于低碳烯烃及时扩 散离开金属活性中心，抑制低碳烯烃的二次反应；提高金属离子分散性，也 有较好的烯烃选择性；金属与载体相互作用改变也可以提高低碳烯烃选择 性；添加适宜的过渡金属，可以增强活性组分与碳的键能，抑制甲烷生成， 提高低碳烯烃选择性；添加电子促进助剂，促使CO化学吸附热增加，吸附 量也增加，而氢吸附量减小，结果低碳烯烃选择性增加；消除催化剂酸中心， 可以抑制低碳烯烃的二次反应，提高其选择性等。

采用具有球形形貌的载体负载活性组分Fe，可有效使活性组分Fe暴露 在球形外表面，并采用一些金属或非金属助剂调节活性相表面电子结构，有 助于形成独特结构的碳化铁活性相，同时可降低生成的烯烃在活性位上发生 二次反应的概率。特别是当这种球形载体负载的催化剂应用到流化床或浆 态床反应器中，以细微粒子参与合成气的催化反应，有利于解决反应热移 除和烯烃快速扩散离开催化剂活性相表面至主相中，从而大幅度提高烯烃选 择性。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，解决了现 有技术中存在的合成气直接制备低碳烯烃的催化剂选择性低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种合成气直接制备低碳烯烃的催化剂， 包括活性成分、助剂、球形载体，其中，活性成分为铁和钴，共占催化剂重 量的10％～50％；助剂为锰，占催化剂重量的5％～30％；球形载体选自 Al₂O₃、TiO₂或活性炭中一种或多种，球形载体的重量占所述催化剂的重量 的20％～80％；球形载体为一次颗粒具有球形或椭球形形貌的无孔载体，载 体颗粒尺寸为100～1500nm。

本发明的特点还在于：

铁元素为Fe₂O₃、Fe₃O₄中一种或两种。

钴元素为四氧化三钴。