一种铁碳化物催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种铁碳化物催化剂

【技术实现步骤摘要】
一种铁碳化物催化剂、其制备方法及其在合成气制烃中的应用


[0001]本专利技术属于费托合成催化剂领域，具体涉及一种具有高稳定性和高活性的铁碳化物催化剂
、
其制备方法及其在合成气制烃类中的应用
。

技术介绍

[0002]费托合成技术提供了一条煤向液体燃料转变的途径，具体的是将煤基合成气转化为以直链烷烃和烯烃为主的清洁液体燃料，具有无硫
、
无氮
、
无芳烃的优点，是煤炭清洁高效利用的重要技术之一
。
铁基催化剂因价格低廉
、
催化活性和水煤气变换反应活性高以及助剂效果明显的特点，在费托合成催化剂中占有重要的地位
。
[0003]费托合成反应是一种高温高压
、
强放热的反应，需要及时热交换以保证催化体系的稳定运行
。
费托浆态床反应器具有易于控制，温度均匀，催化剂在线更换等优势，在工业生产中广泛使用
。
然而，催化剂在浆态床剧烈运动过程中容易破碎粉化，导致过滤器的堵塞，影响反应系统稳定运行
。
此外，铁基催化剂存在多种物相，不同物相之间在一定条件可以相互转变
(Journal of American Chemical Society,2010,132,14928)
，在转变过程中容易破坏催化剂的结构，导致催化剂破损，加速催化剂失活
。
因此，浆态床催化剂需要具有非常高的抗磨损性能与结构稳定性
。
[0004]传统铁基催化剂具有较高水煤气变换反应活性，因此
CO2选择性较高
(20
％
‑
45
％
)
，在新的发展形势下，需要开发新的催化剂技术以实现减排增效
。
文献
(Science Advance,2018,4,eaau2947)
报道了
Fe2C/Fe
2.2
C
物相具有较低
CO2选择性
。
专利
CN110339848 A
公开了一种负载型
Fe2C
碳化物的方法，该方法通过浸渍法制备铁盐前驱体，
H2还原后形成中间
Fe
物相，然后经合成气碳化，形成负载型
Fe2C
催化剂
。
该方法制备的催化剂具有高的
CH4选择性
(13.5
％
)
，并且机械强度较差，难以满足浆态床长时间的运行
。
专利
CN1803281A、CN1495148A、CN101164693A、CN101190412A
公开了雷尼铁或骨架铁催化剂制备方法
(Fe
元素为金属态
)
，但这两种催化剂的
CO2产物选择性较高
(30
％
‑
45
％
)
，碳利用率低，能耗大
。
专利
CN104399501A
描述了骨架铁在聚乙二醇溶剂中碳化为
Fe2C
催化剂的方法，但该方法合成的催化剂的
CH4选择性高
(17.3
％
)
，
CO2选择性高
(18.9
％
)
，而且反应为非连续反应，只能应用于
200℃
以下的低温，生产效率低
。
[0005]综上所述，现有技术中制得的催化剂存在反应效率低，副产物
CH4选择性高，抗磨损性能以及催化剂稳定性差等问题
。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种铁碳化物催化剂及其制备方法和在费托合成反应中的应用
。
本专利技术所述催化剂主物相为
ε
‑
Fe2C
物相
、
具有介孔结构，应用于费托合成反应中能够增强反应稳定性，降低副产物
CO2和
CH4的选择性
。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种铁碳化物催化剂，其中，按照重量百分含量计，所述
催化剂包含
50
‑
88
％的铁
、5
‑
10
％的碳
、2
‑
10
％的铝
、0
‑
35
％的元素
X
，或由
50
‑
88
％的铁
、5
‑
10
％的碳
、2
‑
10
％的铝
、0
‑
35
％的元素
X
组成；其中，铁基本上以活性
ε
‑
Fe2C
纳米颗粒的形式存在，
X
为钾
、
钙
、
钡
、
锰
、
钴
、
镍
、
铜
、
锆
、
钼
、
镧和铈中的一种或多种，所述催化剂的比表面积为
20
‑
105m2/g
，平均孔径为5‑
25nm。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种上述催化剂的制备方法，其中，所述制备方法包括：
[0009](1)
将铁块
、
铝块与任选的金属
X
熔炼均匀，冷却后得到前驱体
A
，所述
X
为钙
、
钡
、
锰
、
钴
、
镍
、
铜
、
锆
、
钼
、
镧和铈中的一种或多种；
[0010](2)
将前驱体
A
粉碎
、
筛分，得到前驱体
B
；
[0011](3)
将所述前驱体
B
脱铝，形成含骨架铁的前驱体
C
；
[0012](4)
将前驱体
C
洗涤
、
干燥，或者将前驱体
C
洗涤
、
浸渍
、
干燥，得到前驱体
D
；当所述催化剂含有钾时，用碳酸钾的甲醇溶液进行所述浸渍；
[0013](5)
将前驱体
D
在
H2和
CO
气氛中碳化，得到铁碳化物催化剂
。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种上述催化剂在费托合成反应中的应用，所述反应条件为：
H2/CO
＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铁碳化物催化剂，其中，按照重量百分含量计，所述催化剂包含
50
‑
88
％的铁
、5
‑
10
％的碳
、2
‑
10
％的铝
、0
‑
35
％的元素
X
，或由
50
‑
88
％的铁
、5
‑
10
％的碳
、2
‑
10
％的铝
、0
‑
35
％的元素
X
组成；其中，铁基本上以活性
ε
‑
Fe2C
纳米颗粒的形式存在；
X
为钾
、
钙
、
钡
、
锰
、
钴
、
镍
、
铜
、
锆
、
钼
、
镧和铈中的一种或多种；所述催化剂的比表面积为
20
‑
105m2/g
，平均孔径为5‑
25nm。2.
如权利要求1所述的催化剂，其中，所述催化剂含有
55
‑
88
％的铁
、5
‑
10
％的碳
、2
‑5％的铝和5‑
30
％的元素
X
；优选地，所述元素
X
为钾
、
钙
、
钡
、
锰
、
钴
、
镍和铜中的一种或多种，优选钾
、
锰和铜中的一种或多种；优选地，所述催化剂的比表面积为
70
‑
105m2/g
，平均孔径为
6.5
‑
8.5nm。3.
一种如权利要求1或2所述的催化剂的制备方法，其中，所述制备方法包括：
(1)
将铁块
、
铝块与任选的金属
X
熔炼均匀，冷却后得到前驱体
A
，所述金属
X
为钙
、
钡
、
锰
、
钴
、
镍
、
铜
、
锆
、
钼
、
镧和铈中的一种或多种；
(2)
将前驱体
A
粉碎
、
筛分，得到前驱体
B
；
(3)
将前驱体
B
脱铝，形成含骨架铁的前驱体
C
；
(4)
将前驱体
C
洗涤
、
干燥，或者将前驱体
C
洗涤
、
浸渍
、
干燥，然后保存在液体石蜡中，得到前驱体
D
；当所述催化剂含有钾时，用碳酸钾的甲醇溶液进行所述浸渍；
(5)
将前驱体
D
在
H2和
CO
气氛中碳化，得到铁碳化物催化剂
。4.
如权利要求3所述的制备方法，其中，在步骤
(1)
中，所述铁块
、
铝块与金属
X
的质量比例为
(40
‑
70):(30
‑
60):(0
‑
35)
；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，宫慧勇，青明，索海云，王洪，李永旺，
申请(专利权)人：中科合成油技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：