[發明專利]納米鐵系催化劑及其制備方法和裝置

有效

• 申請號: 200710022818.3
• 申請日: 2007-05-23
• 公開（公告）號: CN101099931A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 高為鑫;柯尊斌;張蓉艷
• 申請（專利權）人: 江蘇天一超細金屬粉末有限公司
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種鐵系催化劑及其制備方法和裝置，具體涉及一種利用五羰基鐵蒸汽熱分解得到均勻分散的高活性的納米鐵系催化劑及其制備方法和裝置。

背景技術

過渡族元素鐵因具有特殊的d電子軌道，對H₂、N₂、NH₃、C₂H₂、C₂H₄等能產生化學吸附，生成表面中間物種，使被吸附分子活化解離為原子，提供給反應物進行各種化學反應，因而是一種優良的化工催化劑。鐵系催化劑已在煤化工、石油精煉、氨合成及分解催化領域得到廣泛應用。

目前常用的鐵系催化劑主要有天然黃鐵礦、硫鐵礦及各種冶煉廢渣。其粒子一般在數微米至數十微米，分散困難，催化效果受到限制。研究表明，催化劑粒子越細，其在煤漿或油品中的分散越好，催化效果也越好。使用高分散超細粒子催化劑，可以提高加氫轉化率，減少催化劑用量，降低成本，減少環境污染。從已有報道來看，采用機械研磨手段降低催化劑粒徑，達到微米級已是極限。

為降低鐵系加氫催化劑粒徑，各國研究人員開發出多種人工合成方法。

在西方，特別是歐美各國的科學家一直致力于高分散催化劑的開發。當前研究最多、最為流行的是把Fe系催化劑制成粒徑在1微米以下的超細粒子，特別是納米級(1～100nm)粒子，已提出的制備方法有：激光裂解法、溶液的快速熱解法、金屬鹽溶液的共沉淀法和反相膠束微乳液法等。美國主要采用三價鐵鹽作為催化劑原料，制備成納米顆粒，但三價鐵鹽價格高，成本大；德國采用煉鋁廢渣，此技術不需要單獨研磨，降低了成本，但不符合我國鋁資源鐵含量低的國情。

日本新能源開發機構(NEDO)以硫酸鐵和硫作為原料，480-500℃在連續流化床反應器中合成硫化鐵(SIS)。催化劑的一次粒子為50-200nm，由于團聚，催化劑二次粒子的平均粒度為108um，需通過超聲震動分散成亞微米尺寸。日本褐煤液化公司以硫酸亞鐵與氨水為原料，制得氫氧化亞鐵后加入磷酸氫銨，在40℃空氣氧化20小時，制得γ-FeOOH超細粒子，γ-FeOOH粉末在100℃下干燥，γ-FeOOH容易團聚，需通過超細磨在工藝溶劑中粉碎至亞微米級粒徑。

我國863計劃最近研究成果表明，將二價鐵鹽作為基本原料合成納米級顆粒，可以起到很好的催化效果，但制備過程中生成的納米催化劑前軀體是一種亞穩態固體物，如不及時分散，會發生二次團聚；前軀體氧化生成催化劑產品時，也會發生顆粒長大的現象，降低鐵系催化劑的比表面積與活性。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種納米鐵系催化劑及其制備方法和裝置，采用該制備方法和裝置生產的納米鐵系催化劑的催化活性高，制備工藝簡單，易于放大進行產業化生產。

本發明的技術解決方案是該納米鐵系催化劑由粒徑小于100nm的鐵粒子懸浮在液態隔離介質中組成。

本發明的納米鐵系催化劑的制備方法由以下步驟組成：

①向沉降室內注入液態隔離介質，抽真空或用高純氮氣或其它惰性氣體置換反應室及沉降室內的空氣，抽真空或置換完成后使高純氮氣或其它惰性氣體在反應室內保持一定壓力；

②啟動反應室的加熱裝置，使反應室內溫度高于五羰基鐵的臨界溫度，打開五羰基鐵入口，向反應室內通入五羰基鐵液體或蒸汽，五羰基鐵在熱的高純氮氣或其它惰性氣體中分解，得到鐵粒子；

③打開沉降室出氣口，啟動與出氣口相連的真空泵，同時打開連接鐵粒子出口與鐵粒子入口的閥門，反應室內的鐵粒子經鐵粒子出口和鐵粒子入口通入沉降室液態隔離介質中，在隨氣體上升擴散過程中均勻分散于液態隔離介質，殘余或產生的氣體由真空泵抽至尾氣處理系統；

④打開沉降室出料口，將納米鐵粒子與液態隔離介質組成的懸浮液注入密閉容器保存。

本發明的納米鐵系催化劑的制備方法中，高純氮氣或其它惰性氣體在反應室內壓力為0.1-5Mpa。

本發明的納米鐵系催化劑的制備方法中，反應室加熱溫度高于五羰基鐵臨界溫度，低于500℃，加入五羰基鐵蒸汽時，通入量與反應室容積體積比0.2∶-5∶1，加入五羰基鐵液體時，占反應室容積的0.05-0.5。

本發明的納米鐵系催化劑的制備方法中，沉降室中液態介質加入量占沉降室體積的0.5-0.8。

本發明的納米鐵系催化劑的制備方法中，液態隔離介質為油、脂、萘、蒽、菲、酚、苯、醇類或水中的至少一種。