[发明专利]熔铁催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及费托合成领域，公开了一种熔铁催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、K₂O、碳元素和氮元素，其中，相对于100重量份的Fe元素，所述氮元素的含量为0.05‑3.5重量份，所述碳元素的含量为0.1‑6.5重量份。制备熔铁催化剂的方法包括：将铁源、铝源和钾源的混合物进行熔融处理，获得液态熔料，冷却得到催化剂前体，将所述催化剂前体在含碳氮气氛中进行离子渗碳氮处理，所述铁源使得制得的熔铁催化剂中含有二价铁和三价铁。将本发明提供的熔铁催化剂用于高温费托合成反应时，具有反应活性高、低碳烷烃选择性低、低碳烯烃和含氧化合物选择性高的优点。

技术领域

本发明涉及费托合成领域，具体涉及一种熔铁催化剂、一种熔铁催化剂的制备方法和应用。

背景技术

煤间接液化是煤炭经气化过程转化得到合成气(CO+H₂)，合成气在催化剂的作用下转化为烃类以及含氧物的过程。煤间接液化一般分为低温费托合成和高温费托合成两种工艺路线，前者工业上主要使用钴系和铁系催化剂，反应温度在200-280℃，以生产汽油、柴油、石蜡等烃类为主；后者使用铁系催化剂，反应温度在300-350℃，产品除油品外还副产大量的含氧有机物和烯烃等化工品。

随着近年来石油价格的迅速回落，煤制油行业受到严重冲击，提高产品附加值成为目前形势下煤制油技术发展的出路，因此副产更多化工产品的高温费托合成技术具有产品附加值高、兼顾油品和化工等特点，在目前市场环境下显示出一定优势。

费托合成铁基催化剂在50年代已经被南非的Sasol公司商业化主要用于生产燃料和蜡等。关于低温合成费托催化剂的研究很多，但高温费托催化剂的研究则很少。目前工业上采用的是熔铁催化剂，将原料铁加入K₂O和助剂后在电弧炉中熔炼制得。但熔铁催化剂的低碳烯烃选择性还有待进一步提高。

R.B.ANDERSON等的早期工作，对熔融氨合成催化先进行还原然后分别在合成气中和氨气中进行碳化和氮化处理，并通过调节制备参数制备了碳化物、氮化物、碳氮化物催化剂。该方法需要先还原催化剂，然后再分别进行碳化处理和氮化处理，操作程序复杂，反应周期长，至少需要几十个小时。

大连化物所在早期也曾采用氨气作为氮源，将熔铁催化剂高温氮化后，制备了氮化熔铁催化剂应用于费托合成反应中，该催化剂用于费托合成中，所制备得到的产品，油品轻，适于流化床使用，抗积炭性能好，活性高而稳定，但是进一步研究发现该氮化催化剂(N/Fe原子比0.3)，容易造成催化剂粉化，氮化物在反应后大部分氮会被碳原子取代，形成碳氮化物，并且该方法使用氨气作为氮源，氮化时间长，氨气对设备的腐蚀性严重。

鉴于此，有必要提供一种适用于高温费托合成的熔铁催化剂，使得该催化剂用于高温费托合成时，具有高的CO活性、低的低碳烷烃选择性，高低碳烯烃选择性和高强度等优点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的催化剂用于高温费托合成时，催化活性低、低碳烷烃选择性高而低碳烯烃选择性低以及催化剂强度低的缺陷，提供一种熔铁催化剂以及熔铁催化剂的制备方法，所述熔铁催化剂具有强度高，特别适用于固定床的反应，并且将该催化剂用于高温费托合成反应时，具有反应活性高、低碳烷烃选择性低、低碳烯烃和含氧化合物(主要是C₂-C₄醇、酸)选择性高的优点。

此外，本发明所述熔铁催化剂的制备方法中，采用离子氮碳共渗处理，能够同时实现和控制微量碳氮的渗入，并且处理时间短，方法操作简单，能够实现大批量生产。