合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂制造技术

本发明专利技术涉及合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，主要解决现有技术中低碳烯烃选择性较低的问题，本发明专利技术通过采用合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100MnaCobMgcQfOx，Q包括选自镧系元素中的至少一种的技术方案较好地解决了该问题，可用于流化床合成气合成低碳烯烃的工业生产中。

Iron-based catalysts for one-step synthesis of low-carbon olefins from Syngas

The present invention relates to an iron-based catalyst for the one-step production of low-carbon olefins from syngas, which mainly solves the problem of low selectivity of low-carbon olefins in the prior art. The iron-based catalyst for the production of low-carbon olefins by one-step synthesis gas, including carrier and active component, has the following composition in atomic ratio: Fe100MnaCobMgcQfOx, Q including separation. At least one technical scheme from lanthanides has solved this problem well and can be used in the industrial production of low-carbon olefins synthesized from fluidized bed syngas.

【技术实现步骤摘要】
合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂
本专利技术涉及合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂。
技术介绍
将合成气经过催化剂作用转化为烃类的方法是1923年由德国科学家FransFischer和HansTropsch专利技术的，简称F-T合成，即CO在金属催化剂上发生非均相催化氢化反应，生成以直链烷烃和烯烃为主的混合物的过程。德国在上世纪20年代就开展了研究和开发，并在1936年实现了工业化，二战后因在经济上无法与石油工业竞争而关闭；南非拥有丰富的煤炭资源，但石油资源匾乏，且长期受到国际社会经济与政治制裁的限制，迫使其发展煤制油工业技术，并于1955建成了第一座生产能力为25-40万吨产品/年的煤基F-T合成油厂(Sasol-1)。1973年和1979年的两次世界性石油危机，造成世界原油价格跌荡起伏、大起大落，基于战略技术储备的考虑，F-T合成技术重新唤起工业化国家的兴趣。1980年和1982年，南非Sasol公司又相继建成并投产了两座煤基合成油厂。但1986年世界油价的大幅下跌，推迟了F-T合成技术在其它国家的大规模工业化进程。二十世纪90年代以来，石油资源日趋短缺和劣质化，同时煤炭和天然气探明储量却不断增加，F-T合成技术再次引起广泛关注。目前，世界上低碳烯烃的主要原料为石油烃类，其中石脑油占大部分，还有烷烃、加氢柴油、部分重质油等。国内外多以天然气或轻质石油馏分为原料，采用乙烯联合装置中蒸汽裂解工艺生产低碳烯烃，蒸汽裂解是石油化工中的大能耗装置，而且完全依赖不可再生的石油资源，随着石油资源的日渐缺乏，急需寻找替代资源。所以以其它资源替代石油制取烯烃的研究工作被逐渐重视起来，世界上一些著名的石油公司和科研院所都进行了这方面的研究，并取得了不错的成果。经过几十年的发展，F-T合成催化剂也得到了长足的发展，费托合成催化剂通常包括下列组分：活性金属(第Ⅷ族过渡金属)，氧化物载体或结构助剂(SiO2,Al2O3等)，化学助剂(碱金属氧化物、过渡金属)及贵金属助剂(Ru，Re等)。Fe大量生成烯烃及含氧化合物，Ru、Co主要生成长链饱和烃，而Ni主要生成甲烷。由于Ni加压反应时易形成羰基化合物流失以及甲烷化严重，Ru、Rh等价格昂贵，目前常用的催化剂，从活性组分上来说分为两大类：铁基催化剂和钴基催化剂。助催化剂对于低碳烯烃的选择性影响很大，低碳烯烃选择性的提高主要是通过助催化剂来实现的，助催化剂的选择和添加技术是研制优良催化剂的关键技术之一。根据所采用催化剂的不同以及目标产物的不同，F-T合成反应器又分为固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器。固定床反应器结构复杂，价格昂贵，撤热困难，整个装置的产能较低。浆态床的特点是反应温度较低，易于控制，但转化率较低，产物多为高碳烃且反应器内浆液的液固分离较为困难。流化床反应器的特点是温度较高，转化率较高，不存在液固分离的困难，产物多为低碳烃；建造和操作费用较低，而低的压差又节省了大量的压缩费用，并且更利于除去反应中放出的热，同时由于气体线速度低，磨损问题较小，这使长期运转成为可能。铁催化剂具有很多的优点，如高选择性地得到低碳烯烃，制备高辛烷值的汽油等，另外铁基催化剂还具有操作条件宽、产物可调性大的特点。铁系催化剂的制备方法主要有三种：沉淀法(沉淀催化剂)，其成分除Fe外，还有Mg、Co、K等助剂，将其按一定比例配成混合溶液，加热至沸腾后，加入沉淀剂搅拌，然后过滤、洗涤。将所得滤饼加水重新浆化，加入定量的硅酸钾，经干燥、挤压成型，然后，磨碎、筛分；烧结法(烧结催化剂)；氧化物混合法(熔铁催化剂)，以轧钢厂的轧屑或磁铁矿粉作原料，添加助剂Al2O3、MgO、MgO和MgO等，送入1500℃电弧炉熔融，流出的熔融物经铸模、冷却、多级破碎。目前铁基催化剂直接F-T合成低碳烯烃多在固定床中进行，如专利CN1040397C中就提及了一种用于费托合成低碳烯烃的铁基催化剂，低碳烯烃的选择性可以高达69％。但是固定床反应器结构复杂，价格昂贵，撤热困难，整个装置的产能较低。流化床反应器的特点是温度较高，转化率较高，不存在液固分离的困难，产物多为低碳烃；建造和操作费用较低，而低的压差又节省了大量的压缩费用，并且更利于除去反应中放出的热，同时由于气体线速度低，磨损问题较小，这使长期运转成为可能。目前已有报道的应用于流化床F-T合成的多为熔铁型催化剂，如专利CN1704161A中提及了一种用于F-T合成的熔铁型催化剂；但目前流化床F-T合成存在产物不够集中，低碳烯烃的选择性不够高的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是现有技术中低碳烯烃选择性较低的问题，提供一种合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，该催化剂具有低碳烯烃选择性高的特点。本专利技术所要解决的技术问题之二，是上述催化剂的应用。本专利技术所要解决的技术问题之三是上述催化剂的制备方法。为解决上述技术问题之一，本专利技术的技术方案如下：合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100MnaCobMgcQfOx；Q包括选自镧系元素中的至少一种；a的取值范围为5.0～60.0；b的取值范围为5.0～60.0；c的取值范围为1.0～30.0；f的取值范围为0.9～40.0；x为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数。上述技术方案中，载体没有特别限制，可以采用本领域常用的那些，例如但不限于包括氧化铝、氧化硅和氧化钛中的至少一种。上述技术方案中，载体的用量没有特别限制，本领域技术人员可以合理选择且不用付出创造性劳动，例如但不限于载体用量以重量百分比计为催化剂重量的30～70％。上述技术方案中，Q优选还包括IA元素中的至少一种，镧系元素与碱金属元素同时存在有利于提高低碳烯烃的选择性。此时Fe100MnaCobMgcQfOx可以进一步表示为Fe100MnaCobMgcAdLeOx，其中A为IA元素中的至少一种，L为镧系元素中的至少一种，d的取值范围为1.0～30.0，e的取值范围为0.1～10.0。上述技术方案中，a的取值范围优选为10.0～50.0。例如但不限于15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0、45.0等等。上述技术方案中，b的取值范围优选为10.0～50.0。例如但不限于15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0、45.0等等。上述技术方案中，c的取值范围优选为5.0～25.0。例如但不限于10.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0等等。上述技术方案中，d的取值范围优选为2.0～25.0。例如但不限于3.0、4.0、5.0、8.0、10.0、15.0、20.0等等。上述技术方案中，e的取值范围优选为1.0～8.0。例如但不限于2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0等等。上述技术方案中，所述IA元素选自Li、Na、K和Cs中的至少一种；所述IA元素更优选同时包括Li、K和Cs中的至少两种，此时该所述两种元素间，例如Li与K、Li与Cs、K与Cs在提高低碳烯烃选择性方面具有协同作用。此时两种元素之间的原子比没有特别限制，例如但不限于0.1～10，其中更具体的原子比可以是0.2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100MnaCobMgcQfOx；Q包括选自镧系元素中的至少一种；a的取值范围为5.0～60.0；b的取值范围为5.0～60.0；c的取值范围为1.0～30.0；f的取值范围为0.9～40.0；x为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数。

【技术特征摘要】
1.合成气一步法生产低碳烯烃的铁基催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100MnaCobMgcQfOx；Q包括选自镧系元素中的至少一种；a的取值范围为5.0～60.0；b的取值范围为5.0～60.0；c的取值范围为1.0～30.0；f的取值范围为0.9～40.0；x为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征是载体包括选自二氧化硅、氧化铝和氧化钛中的至少一种。3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征是a的取...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶跃武，庞颖聪，李剑锋，宋卫林，顾一丹，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11