[发明专利]一种具有特殊微观形貌的费托合成铁基催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有特殊微观形貌的费托合成铁基催化剂及制备方法。该费托合成铁基催化剂的微观形貌为纳米线、纳米棒、纳米球形颗粒、纳米纺锤体或纳米片。该方法包括如下步骤：1)在搅拌条件下，将碱溶液加入到铁盐溶液、草酸和助剂A’的混合溶液中形成沉淀，继续搅拌，得沉淀浆料；助剂A’为锰盐溶液、铬盐溶液、锌盐溶液、铜盐溶液、镧盐溶液和铈盐溶液中的一种或几种；2)在沉淀浆料中加入去离子水进行水热反应，经水洗和压滤后得滤饼；(3)在滤饼中加入钾盐溶液和助剂B’，搅拌后得浆液；将浆液喷雾干燥和焙烧后即可得到催化剂；助剂B’为SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂溶胶中的一种或几种。本发明费托合成铁基催化剂具有较高的反应活性和抗磨损性。

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种费托合成铁基催化剂及制备方法。

背景技术

费托(Fischer-Tropsch，F-T)合成技术是将合成气(氢气和一氧化碳)在催化剂的作用下，转变为烃类产品的工艺。以铁为活性组分的铁基催化剂价格低廉，活性高，CH₄选择性低，产物分布可控，适合于大规模工业化应用。常用的铁基催化剂主要有熔铁型和沉淀型两类，前者一般应用于流化床工艺。而在固定床和更为先进的浆态床反应器中，通常采用沉淀法制备的铁基催化剂。对于浆态床反应器来说，催化剂与反应介质之间、催化剂颗粒之间以及催化剂颗粒与反应器内构件之间存在不停的碰撞，造成催化剂颗粒破碎，此外，在反应过程中催化剂本身经历复杂的物相变化，容易导致催化剂破损和强度降低，从而加速催化剂失活，因此催化剂的强度(抗磨损性能)对于费托合成反应来讲异常重要。

在保证沉淀型铁基催化剂具有高反应性能的前提下，提高催化剂的抗磨损性对于催化剂维持长期稳定运行至关重要。公开报道中采用优化制备参数(Ind.Eng.Chem.Res.,2001,40:1065-1075)，添加结构助剂(CN200410012191)，优化成形工艺(Catal.Today,2002,71:319-326)等方面提高催化剂的活性和抗磨损性。上述报道中沉淀型Fe基催化剂的微观形貌为不规则球形颗粒，优化共沉淀法的制备参数、添加助剂和成型参数等很难从根本上改变铁基催化剂内部微观粒子的结合方式，因而提高铁基催化剂活性和抗磨损性能的程度有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有特殊微观形貌的费托合成铁基催化剂及制备方法，相对于传统的沉淀法，本发明通过将水热法引入催化剂的制备，形成“沉淀+水热+喷雾干燥”相结合的制备方法，制得的催化剂具有特殊形貌，如不同长径比的纳米线/纳米棒、纳米球形颗粒、纳米纺锤体、纳米片等，反应活性和抗磨损性提高。

一种费托合成铁基催化剂，所述费托合成铁基催化剂的微观形貌可为纳米线、纳米棒、纳米球形颗粒、纳米纺锤体或纳米片，优选纳米线和纳米棒。不同形貌的催化剂，表面所暴露的晶面不同；不同晶面可结合的位点不同，能量不同，所以对气体的吸附性能与解离能力不同，进而体现在催化性能上的差别；同时催化剂内部颗粒间的结合方式影响颗粒之间的相互作用程度，对催化剂强度产生影响。

上述的费托合成铁基催化剂中，所述费托合成铁基催化剂中，以重量比计，Fe：A：K：B＝100：(0.2～20)：(0.5～10)：(5～40)，具体可为100：(1.5～7)：(1～7)：(16～38)、100：3.5：3：30、100：1.5：5：16、100：7：7：30、100：5：1：38、100：4.5：5：20，A为Mn、Cr、Zn、Cu、La和Ce中的一种或几种；B为SiO₂，ZrO₂和Al₂O₃中的一种或几种。

本发明提供的费托合成铁基催化剂的制备方法，包括如下步骤：