铁基费托催化剂及其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种铁基费托催化剂、制备方法及其使用方法，主要解决合成气制烯烃中催化剂低温下活性和选择性低的问题，本发明专利技术通过采用一种合成气制低碳烯烃催化剂，以催化剂重量百分比计，包括以下组分：(1)20～80％的含Fe活性组分；(2)20～80％的纳米纤维SiO2载体的技术方案，较好地解决了该问题，可用于合成气制低碳烯烃的工业化应用。

Fischer tropsch catalyst and method of use thereof

The invention relates to a Fischer tropsch catalyst, preparation method and use method thereof, which mainly solves the catalyst for preparing olefin synthesis gas in low temperature activity and low selectivity, the invention adopts a synthesis gas to light olefins catalyst, the catalyst weight comprises the following components: (20 ~ 1) 80% Fe containing active components; (2) 20 ~ 80% SiO2 nano fiber carrier technology solution, solves the problem, and can be used for industrial application of synthesis gas to light olefins.

【技术实现步骤摘要】
铁基费托催化剂及其使用方法
本专利技术涉及一种铁基费托催化剂及其使用方法。
技术介绍
以乙烯、丙烯为代表的低碳烯烃(碳原子≤4的烯烃)是化学工业的基本原料，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。所以以天然气替代石油制取烯烃的研究工作则被重视起来，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开发工作，并取得了令世人瞩目的成果。在当前调整能源利用的结构以逐步降低国民经济发展对石油能源的依赖的背景下，利用我国储量丰富的天然气资源，通过造气制取合成气(一氧化碳和氢气混合气)，再转化为C2～C4的烯烃，从长远看，具有很高的战略意义。合成气转化成烯烃的方法包括间接法和直接法，甲醇裂解制取低碳烯烃MTO工艺和成气经由二甲醚制取低碳烯烃SDTO工艺，先由合成气合成甲醇或二甲醚，再由甲醇或二甲醚转化成烯烃。费托(Fascher-Tropsch)合成是利用合成气(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。现在的碳-化学合成烃类的目的是将其转化为作为基本化工原料的低碳烯烃，其中乙烯和丙烯是目前最有价值的物料。而且，由合成气直接制取低碳烯烃为一步反应生成目的产物，其工艺流程要比间接法简单，经济评价也较合算。最近十年，由合成气直接合成低碳烯烃开始引起关注。纳米线是一种纳米尺度的线，也就是在横向上被限制在纳米尺寸的一维结构。这种尺度上，量子力学效应很重要,因此也被称作"量子线"。根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线(如：Ni，Pt，Au等)，半导体纳米线(如：InP，Si，GaN等)和绝缘体纳米线(如：SiO2，TiO2等)以及其它生物质纳米线。(YiCui,QingqiaoWei,HongkunPark,CharlesM.Science.,2001,293(5533)：1289)纳米线具有超大表面，高度韧性，应用于催化反应时，具有大的催化接触表面、更好的耐磨性等特点。一维氧化硅纳米纤维具有高绝缘性、良好的荧光效应、高的表面积、表面活性等特性，在微纳米器件组装、纳米阵列研究、纳米光学传输、纳米高绝缘电阻等领域具有很大的应用潜力，同时作为一种新兴的纳米材料，一维氧化硅纳米线在传统的工业催化、高分子材料补强、化妆品增白和防紫外线等领域也有广阔的前景。因此，一维氧化硅纳米线的合成方法研究是近年来材料领域的一个研究热点。目前，一维纳米氧化硅纤维的制备方法主要有物理方法和化学方法，物理法主要为激光消融法(LaserAblationMethod)(D.P.Yu,Q.L.Hang,Y.Ding,Appl.Phys.Lett.,1998,73:3076)。激光消融法是把硅、氧化硅和铁催化剂按一定比例混合制成靶，然后再高温下，利用激光蚀刻生长氧化硅纳米线。该法温度高，条件苛刻，不适合大规模工业化生产。化学法主要包括：高温化学沉降法、溶胶-凝胶法和助剂助生长法等。化学沉浸法被广泛用于碳纳米管的制备，在高温下，采用气体混合硅源与金属催化剂混合，再冷却凝结，在金属催化剂的作用下，生成纳米线，该法同样需要高温，条件苛刻。助剂助生长法是在有助生长剂存在的条件下生成纳米线。例如在碳的存在下，高温合成纳米氧化硅线(S.-H.Li，X.-F.Zhu，Y.-P.Zhao,J.Phys.Chem.B，2004，108：17032)；CN101798089A则采用锗作为催化剂，在超高真空和高温条件下，制备了氧化硅纳米线，条件苛刻，难以放大。溶胶-凝胶法是采用模板剂形成纳米孔道，以此为模板合成氧化硅纳米线，溶胶-凝胶法需要消耗大量的模板剂，成本高且不环保。本专利技术提供一种水热合成法，制备过程简单，消耗少，易于放大。通过费托合成将合成气直接转化为低碳烯烃，除了受反应工艺条件和热力学及动力学方面的影响，催化剂则是至关重要的影响因素之一。1923年德国科学家FranzFisher和HansTropsch发现了合成气催化转化制烃类的反应，因此，由合成气反应制备烃类的方法称为费-托合成(Fischer-Tropsch合成，简称F-T合成)法，即以CO与H2反应制烃类，副产水和CO2。1955年南非SASOL(SouthAfricaCoalandGasCorporation)建成了以煤为原料的大型固定床F-T合成装置，随后发展出了循环流化床技术，最近又开发了固定流化床和浆态床技术。如今，SASOL的煤炭年处理能力已达到5000万，油品和化学品的年产能达到了760万吨。过去的费-托合成反应其目的是由合成气合成燃料用液态烃类，虽然流化床技术、铁基催化剂的使用和助剂的添加，一定程度上提高了低碳烯烃(C2-C4烯烃)的收率，但低碳烯烃收率仍不高，只有20-25％。目前由合成气制备低碳烯烃催化体系主要有以下几种。(1)改良F-T催化剂Dent等人发现钴基催化剂可用于高选择性的合成低碳烯烃，如：Co-Cu/Al2O3、Co-Fe/SiO2、Fe-Co/C、Co-Ni/MnO2、Fe-Co合金等体系。其中以鲁尔化学公司开发的改良FT催化剂结果较好，在Fe-ZnO-K2O催化剂上添加Mn或Ti等组分，采用高速气体循环，达到CO转化率80％，低碳烯烃选择性70％；(2)超细粒子催化剂Venter等由羰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基费托催化剂，以催化剂重量百分比计，包括以下组分：(1)20～80％的含Fe活性组分；(2)20～80％的纳米纤维SiO2载体。

【技术特征摘要】
1.一种铁基费托催化剂，以催化剂重量百分比计，包括以下组分：(1)20～80％的含Fe活性组分；(2)20～80％的纳米纤维SiO2载体。2.根据权利要求书1所述铁基费托催化剂，其特征在于纳米纤维SiO2载体的直径为10-500纳米。3.根据权利要求书1所述铁基费托催化剂，其特征在于纳米纤维SiO2载体的直径为20-200纳米。4.根据权利要求书1所述铁基费托催化剂，其特征在于纳米纤维SiO2载体的制备方法，包括如下步骤：以铁、钴、镍和锌中至少一种金属或氧化物为催化剂Ⅰ，在有机胺和水存在下，氧化硅经水热转化、干燥、焙烧后制得纳米纤维氧化硅。5.根据权利要求书4所述铁基费托催化剂，其特征在于氧化硅中催化剂Ⅰ的重量百分比为0.5-30％。6.根据权利要求书4所述铁基费托催化剂，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫林，陶跃武，李剑锋，庞颖聪，
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