[發明專利]用于費托合成反應的純相ε/ε’碳化鐵催化劑及其制備方法和費托合成的方法

有效

• 申請號: 201810283708.0
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN110339849B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 王鵬;呂毅軍;張魁;蔣復國;門卓武;王濤;孫琦;繆平
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C10G3/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及費托合成反應催化劑領域，公開了一種用于費托合成反應的純相ε/ε’碳化鐵催化劑及其制備方法和費托合成的方法，該制備方法包括以下步驟：(1)將納米鐵粉或能夠通過原位還原得到納米鐵粉的納米粉體鐵化合物與H₂在溫度為250?510℃下進行表面凈化處理；(2)將步驟(1)得到的物料與H₂、CO在溫度為80?180℃下進行前處理，H₂與CO的摩爾比為1.2?2.8：1；(3)將步驟(2)得到的物料與H₂、CO在溫度為180?280℃下進行碳化物制備，H₂與CO的摩爾比為1.0?3.0：1。該制備方法的原料簡便易得，操作步驟簡便，可以制備出100％純相ε/ε’碳化鐵催化劑，該催化劑具有較低的CO₂和CH₄選擇性以及較高的有效產物選擇性。

技術領域

本發明涉及費托合成反應催化劑領域，具體涉及一種用于費托合成反應的純相ε/ε’碳化鐵催化劑及其制備方法和費托合成的方法。

背景技術

我國一次能源結構的特點是富煤、缺油、少氣，隨著經濟發展石油對外依存度不斷攀升，2015年達到61％，嚴重影響著我國的能源安全。費托合成是近年來愈發重要的能源轉化途徑，它可將一氧化碳與H₂的合成氣轉化為液態燃料與化學品。近年，由于費托合成的煤間接液化技術可實現煤的清潔利用，并部分解決石油對外依存的問題，成為我國替代石油和煤炭清潔化利用的首選技術之一。經過多年努力，我國已實現16萬噸/年鐵基煤間接液化技術工業示范，兗礦100萬噸/年、神華寧煤400萬噸/年鐵基煤間接液化廠在試運行。

費托合成的反應方程式如下：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_2n+2+nH₂O (1)，

2nH₂+nCO→C_nH_2n+nH₂O (2)。

除烷烴和烯烴外，工業費托合成還可產生副產物二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)。費托合成反應的機理復雜，步驟繁多，諸如CO解離，碳(C)加氫，CH_x鏈增長，以及導致烴產物脫附與氧(O)移除的加氫與脫氫反應。從實際應用的角度來看，改進費托合成催化劑的主要目的是提高目標產品的選擇性，降低副產物的選擇性以及增加催化劑穩定性，增長催化劑壽命。

鐵是用于制造費托合成催化劑的最便宜的過渡金屬。鐵基費托合成催化劑的活性相通常被認為是鐵碳化物。傳統鐵基催化劑具有很高的水煤氣變換(CO+H₂O→CO₂+H₂)活性，因此傳統鐵基催化劑通常會有較高的副產物CO₂選擇性，通常占有轉化原料一氧化碳的25％-45％。這成為費托合成反應鐵基催化劑的主要缺點之一。