[發(fā)明專利]含沉淀型多物相碳化鐵的組合物及制備方法、催化劑和應(yīng)用及費托合成的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011059100.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112569975B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鵬;李為真;程萌;呂毅軍;門卓武;張琪
• 申請（專利權(quán)）人: 國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/10;C10G2/00
• 代理公司: 北京信諾創(chuàng)成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11728
• 代理人: 陳悅軍

本發(fā)明涉及費托合成反應(yīng)領(lǐng)域，公開了含沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵的組合物及其制備方法、催化劑和應(yīng)用以及費托合成的方法。含沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵的組合物，按所述組合物的總量計，所述組合物包含95?100mol％的沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵，以及0?5mol％的含F(xiàn)e雜質(zhì)，所述含F(xiàn)e雜質(zhì)為ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵之外的含鐵元素物質(zhì)；其中，所述組合物的比表面積為30?350msupgt;2/supgt;/g。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及費托合成反應(yīng)領(lǐng)域，具體地涉及含沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵的組合物及其制備方法、催化劑和應(yīng)用及費托合成的方法。

背景技術(shù)

我國一次能源結(jié)構(gòu)的特點是富煤、缺油、少氣。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油對外依存度不斷攀升。

費托合成是近年來愈發(fā)重要的能源轉(zhuǎn)化途徑，可將一氧化碳與H₂的合成氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料與化學(xué)品。

費托合成的反應(yīng)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(yè)費托合成還可產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)。費托合成反應(yīng)的機(jī)理復(fù)雜，步驟繁多，諸如CO解離，碳(C)加氫，CH_x鏈增長，以及導(dǎo)致烴產(chǎn)物脫附與氧(O)移除的加氫與脫氫反應(yīng)。

鐵是用于制造費托合成催化劑的最便宜的過渡金屬。傳統(tǒng)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(tǒng)鐵基催化劑通常會有較高的副產(chǎn)物CO₂選擇性，通常占轉(zhuǎn)化原料一氧化碳的25％-45％。這成為費托合成反應(yīng)鐵基催化劑的主要缺點之一。

鐵基催化劑的活性相的變化非常復(fù)雜，這導(dǎo)致其活性相本質(zhì)和鐵基催化劑的費托合成反應(yīng)機(jī)理存在著相當(dāng)大的爭論。

CN104399501A公開了一種適用于低溫費托合成反應(yīng)的ε-Fe₂C的納米顆粒制備方法。其起始的前驅(qū)體為骨架鐵，反應(yīng)體系為聚乙二醇溶劑的間歇性非連續(xù)反應(yīng)。這種催化劑的CO₂選擇性為18.9％，CH₄的選擇性位17.3％。其缺點為只能應(yīng)用于200℃以下低溫，反應(yīng)無法連續(xù)完成。這意味著這種催化劑不適用于現(xiàn)代費托合成工業(yè)條件下的連續(xù)生產(chǎn)。但由于骨架鐵無法完全碳化，所以，該文獻(xiàn)記載的ε-Fe₂C的納米顆粒中含有相當(dāng)數(shù)量的非碳化鐵型的鐵雜質(zhì)成分，事實上，現(xiàn)有技術(shù)無法得到不含鐵雜質(zhì)的碳化鐵純相物質(zhì)，這里的Fe雜質(zhì)是指非碳化鐵的各種含F(xiàn)e(元素)相成分。

因此，費托合成反應(yīng)使用的鐵基催化劑需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決鐵基催化劑如何獲得不含F(xiàn)e雜質(zhì)的純相碳化鐵物質(zhì)，并提高進(jìn)行費托合成反應(yīng)的穩(wěn)定性，同時降低CO₂或CH₄副產(chǎn)物選擇性過高的問題，提供了含沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵的組合物及其制備方法、催化劑和應(yīng)用以及費托合成的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種含沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵的組合物，按所述組合物的總量計，所述組合物包含95-100mol％的沉淀型ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵，以及0-5mol％的含F(xiàn)e雜質(zhì)，所述含F(xiàn)e雜質(zhì)為ε/ε’碳化鐵、χ碳化鐵和θ碳化鐵之外的含鐵元素物質(zhì)；其中，所述組合物的比表面積為30-350m²/g。