[发明专利]α-三氧化二铝负载四氧化三铁的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种合成气高效转化的α‑Al₂O₃负载Fe₃O₄的催化剂及其制备方法。首次利用高温裂解法制备Fe₃O₄纳米颗粒并将其负载到α‑Al₂O₃载体，同时应用于合成气直接制低碳烯烃反应体系，催化剂制备过程分为两步，第一步是利用高温裂解法制备Fe₃O₄纳米颗粒，第二步将纳米颗粒负载到α‑Al₂O₃载体。本发明的有益效果是，活性组分具有Fe₃O₄晶相，该制备过程使得活性组分的颗粒尺寸只与高温裂解过程有关，而与活性组分的负载量无关。

技术领域

本发明涉及合成气(CO/H₂)的催化技术领域，特别是涉及一种合成气高效转化的α-Al₂O₃负载Fe₃O₄的催化剂及其制备方法。

背景技术

合成气可以用于制备甲烷、低碳烯烃、低碳烷烃、汽油、柴油等众多化工原料和液体燃料，是一种重要的化工原料气，其主要来源是石油裂解，严重依赖于石油资源。然而，我国能源结构现状是“贫油、少气、煤炭相对丰富”，自2008年起我国的石油对外依存度已超过国际公认的安全警戒线50％，并于2013年超过60％，严重威胁我国的能源安全。因此，研究以煤炭为源头的非石油路线合成气高效转化的相关技术符合我国对进口石油资源的过度依赖。

合成气的高效转化是以CO、H₂为原料，在催化剂的作用下直接合成烃类，反应方程为(2n+1)H₂+n CO→C_nH_2n+2+n H₂O；2n H₂+n CO→C_nH_2n+n H₂O；并伴随着水汽变换反应H₂O+CO→CO₂+H₂。其产物组成复杂，呈Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布。按照ASF模型产物分布，合成气转化产物难以集中到一定碳数，并且催化剂活性相的转变、表面积碳、高温引起活性组分烧结和较低的机械强度也成为工业化的瓶颈。

目前合成气转化工艺主要用于合成油品和低碳烯烃，其催化剂主要包括Co，Fe，Ru，Ni等，其中，Co，Fe系催化剂具有良好的反应性能且价格便宜，有利于大规模应用于工业生产。相比之下，Fe系催化剂工艺操作范围宽，根据反应温度和压力的调变，可选择性的生成烯烃、芳香烃及含氧化合物。α-Al₂O₃由于其表面惰性，有利于Fe组分的还原和碳化，因而是一种合成气制低碳烯烃的良好载体。

传统的负载型Fe系催化剂多采用浸渍法上载活性组分，此方法在活性组分高温焙烧过程容易使得活性组分和载体产生较强的相互作用，降低催化剂的活性和稳定性。另一方面，在高Fe负载量时，得到的颗粒尺寸也比较大，不利于转化率的提高和低碳烯烃的生成。因此有必要设计更高效的负载型催化剂及其制备方法。

发明内容