合成气直接制低碳烯烃的铁系催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于流化床的合成气直接制备低碳烯烃的催化剂及其制备方法，主要解决现有技术中由于费托合成反应为强放热反应，使用固定床时，反应器内撤热困难，易飞温，使催化剂容易失活以及低碳烯烃重量选择性低的问题。本发明专利技术采用的催化剂包括以下组分：活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100AaBbOx，A选自Ti或Zr中的一种；B选自碱金属中的一种；较好地解决了上述问题，可用于合成气直接制备低碳烯烃的工业生产。

Iron series catalyst for direct synthesis of low carbon olefin by synthetic gas and preparation method thereof

The invention relates to a synthesis gas for fluidized bed direct preparation of catalyst and its preparation method of preparing low carbon olefin, mainly solves the Fischer Tropsch synthesis reaction is exothermic reaction, using a fixed bed reactor, heat removing difficult, easy to fly the temperature, the catalyst is easy to inactivation and low carbon olefin selectivity weight the problem of low. The catalyst of the invention comprises the following components: the active component containing atomic ratio, chemical composition is as follows: Fe100AaBbOx, a A from Ti or Zr; a B selected from alkali metal; to solve these problems, can be directly used for the preparation of industrial production of lower olefins synthetic gas.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂及其制备方法
技术介绍
我国能源的特点是富煤少气缺油，煤炭直接燃烧造成的环境污染也日趋受到重视，所以开发由煤/天然气经合成气转化为石油产品的过程，不但可以减小能源上对国外的依赖，而且对于解决燃煤引起的环境污染问题具有重要的意义。利用合成气(主要成分为CO和H2)在催化剂的作用下合成烃的费托(Fascher-Tropsch)合成过程，是煤及天然气间接液化的一个重要途径。该方法是1923年由德国科学家FransFischer和HansTropsch专利技术的，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，费托技术再次引起广泛关注，费-托合成技术也得到了长足的发展。目前常用的费托催化剂，从活性组分上来说分为两大类：铁基催化剂和钴基催化剂；而常见的合成工艺从合成条件角度来分类的话分为两大类：高温费托合成工艺和低温费托合成工艺；合成工艺从所使用的反应器不同来分类的话分为三大类：固定床费托合成工艺，流化床费托合成工艺(有早期的循环流化床以及后来在循环流化床基础上发展出来的固定流化床)以及浆态床费托合成工艺。其中的固定床与浆态床一般应用于低温费托工艺，多用于重质油以及蜡的生产，而流化床则更适用于生产较为轻质的烃类的高温费托工艺近年来文献和专利报道的费托催化剂比较多的是适用于低温高压浆态床反应器来生产高碳长链烃，一般多是沉淀铁催化剂，或浸渍型钴催化剂。如美国Rentech公司在专利USP5504118和CN1113905A中就报道了一种适用于浆态床反应器的费托合成沉淀铁催化剂的制备方法。轻质烃的费托合成一般多在流化床反应器中进行，该工艺的特点是反应温度较高，转化率较高，不存在液固分离的困难。目前已有报道的应用于流化床费托合成的多为熔铁型催化剂，偶有一些类型的沉淀铁催化剂。如专利CN1704161A中就提及了一种用于费托合成的熔铁型催化剂的制备，专利CN1695804A中提及了一种用于流化床的沉淀铁催化剂。合成气制备低碳烯烃有直接法和间接法，所谓直接法也就是特定条件下即特定的催化剂下的高温费托合成。目前虽然有一些将固定床应用于高温费托用于低碳烯烃生产的尝试，如德国的鲁尔，中国大连化物所，但是由于费托合成反应为强放热反应，使用固定床时，反应器内撤热困难，易飞温，使催化剂容易失活，这些尝试均止于实验室阶段。流化床可以很好的克服固定床存在的这些问题，但无论是使用熔铁法制备的催化剂还是沉淀法制备的流化床用催化剂目前都存在产物分布宽，低碳烯烃选择性低的缺点。
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存在的由于费托合成反应为强放热反应，使用固定床时，反应撤热困难，易飞温，使催化剂容易失活以及低碳烯烃重量选择性低的问题，提供一种新的合成气直接合成低碳烯烃的催化剂。该催化剂用于合成气直接合成低碳烯烃时，具有反应撤热快，不易飞温以及低碳烯烃重量选择性高的优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案一如下：一种合成气直接制低碳烯烃的铁系催化剂，包含以下组分：活性组分含有以原子比计，化学式如Fe100AaBbOx的组合物，其中A选自Ti或Zr中的至少一种，B选自碱金属中的至少一种，a的取值范围为25.0～250.0，b的取值范围为0.1～10.0，x为满足催化剂中各元素化合价所需的氧原子总数。上述技术方案中催化剂配方优选为活性组分还包含有元素C，C为S或P的至少一种，C与Fe的比例以原子比计为Fe：C＝100：c，c的取值范围为0.01～2。上述技术方案中a的取值优选范围为50.0～200.0，b的取值优选范围为0.5～8.0，c的取值优选范围为0.03～1.75。为解决上述技术问题本专利技术采用的技术方案二如下：合成气直接制低碳烯烃的铁系催化剂的制备方法，包括以下工艺步骤：1)将可溶性A盐溶于水中制成溶液；然后与碱性沉淀剂并流后过滤得到混合沉淀物Ⅰ；(2)将Fe盐溶于水中制成溶液Ⅱ；(3)将溶液Ⅱ与混合沉淀物Ⅰ混合胶溶得到浆料Ⅲ；(4)将B类的氢氧化物或盐溶液以及C的化合物溶液加入到浆料Ⅲ中，混合打浆，同时加入酸碱调节剂调节浆料的pH值为1～5得到浆料Ⅳ，浆料Ⅳ的固含量为15～45重量％；(5)将浆料Ⅳ送入喷雾干燥机喷雾成型，然后在400～750℃温度下焙烧0.15～6小时，得到微球状催化剂。上述方案中所述催化剂的浆料制备过程中胶溶的条件为40～100℃，时间为0.5～24h。上述方案中所述催化剂的浆料制备过程中混合打浆的条件为10～100℃。上述方案中所述催化剂的喷雾成型条件中进口温度的范围为200～380℃，出口温度的优范围为100～230℃。上述方案中所述催化剂焙烧温度的优选范围为450～700℃，所述催化剂焙烧时间的优选范围为0.5～5h。按此方法得到的催化剂，Ti/Zr的加入以及特殊的加入方法既可以帮助主元素Fe有效的分散，减少活性组分因表面积碳引起的团聚，又可以一定程度上抑制催化剂的过度加氢使得产物中烯烃的量远远大于烷烃的量，而轻微的S或P的中毒则可以抑制催化剂表面的过度碳化来使得催化剂可以长时间运行，非常适用于合成气直接合成低碳烯烃的工业应用。上述催化剂用于合成气直接制备低碳烯烃反应，以合成气为原料气，H2与CO摩尔比为3，在反应压力为1.5MPa，反应温度为350℃，反应体积空速为10000小时-1的条件下，在流化床反应器中原料气与催化剂接触，取得了较好的技术效果：CO的转化率可达97％，单是C2＝-C4＝(乙烯，丙烯和丁烯)组分的重量选择性可达73％。下面通过实施例对本专利技术作进一步的阐述。具体实施方式【实施例1】取40.0g硫酸氧钛溶于1000ml的水中，配成0.25mol/L的硫酸氧钛溶液，将该溶液与400g5重量％的氨水并流沉淀后离心分离，用去离子水洗涤三次后得到新鲜的氧化钛沉淀Ⅰ；取606.03g的九水合硝酸铁溶于一定量的水中配成溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ与沉淀物Ⅰ混合，在40℃的水浴中胶溶24h得到胶体状的浆料Ⅲ；将0.084g的氢氧化钾溶于1.00g水配成氢氧化钾溶液在10℃的水浴中将浆料Ⅲ冷却到10℃，然后将上述的氢氧化钾加入到冷却后的浆料Ⅲ中，在10℃的条件下混合打浆；然后再加入0.098g15重量％的稀硫酸到上述浆料中；最后用氨水调节浆料的pH值为5，得到溶胶状分散均匀且长时间放置不会分层的均匀浆料Ⅳ(固含量45％)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，包括以下组分：活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100AaBbOxA选自Ti或Zr中的至少一种；B选自碱金属中的至少一种；a的取值范围为25.0～250.0；b的取值范围为0.1～10.0；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】
1.一种用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，包括以下组分：活性组分含有以原子比计，化学式如下的组合物：Fe100AaBbOxA选自Ti或Zr中的至少一种；B选自碱金属中的至少一种；a的取值范围为25.0～250.0；b的取值范围为0.1～10.0；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所述的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，其活性组分还包含元素C，C为S或P的至少一种，C与Fe的比例以原子比计为Fe：C＝100：c，c的取值范围为0.01～2。3.根据权利要求1或2所述的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，其特征在于a的取值范围为50.0～200.0。4.根据权利要求1或2所述的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，其特征在于b的取值范围为0.5～8.0。5.根据权利要求2所述的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，其特征在于c的取值范围为0.03～1.75。6.权利要求1或2所述的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，包括以下工艺步骤：(1)将可溶性A盐溶于水中制成溶液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞颖聪，陶跃武，宋卫林，李剑锋，
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