F-T合成沉淀铁催化剂的研究

浅谈费托合成催化剂研究李海军【摘要】本文介绍了费托合成催化剂的研究现状和助剂的作用,评述了Fe、Co基费托合成催化剂助剂:碱金属、贵金属、稀土氧化物、费托反应金属及其他金属等.分析了Fe、Co基费托合成催化剂助剂的效应和Fe、Co基催化剂的优缺点,对今后催化剂的发展提出了一点建议.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2015(000)021【总页数】4页(P6-9)【关键词】费托合成;催化剂;助剂【作者】李海军【作者单位】中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司,内蒙古鄂尔多斯017209【正文语种】中文【中图分类】TQ529我国能源资源的基本特点是“富煤、贫油、少气”。

煤炭剩余探明储量1145亿t，居世界第三位，而石油和天然气剩余探明储量分别为33亿t和1.37万亿m3，其储采比都低于世界平均水平［1］。

在相当长时间内以煤作为我国一次能源主要来源的局面不会改变。

目前，我国石油消费严重依赖于进口。

在目前的进口中，中东占50%，最多的是沙特和伊朗。

非洲占25%，东南亚15%，中亚、俄罗斯10%。

我国进口石油严重依赖中东石油和马六甲海峡运输通道，虽然目前中石油、中海油等在积极实施走出去战略，但我国目前需求的石油来源苏丹、伊朗、中亚等地区都存在较大的政治风险。

因此，为了提高我国的能源自给率，必须在积极海外寻求新的石油来源的同时，实施煤炭液化替代能源就成为保证我国能源安全的战略选择。

所谓煤炭液化制合成油，是将煤中的有机质转化为液态产物，其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物替代石油及其制品，来生产发动机用液体燃料和化学品。

煤炭液化有两种完全不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。

煤炭直接液化是指通过加氢使煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的液体燃料，转化过程是在含煤粉、溶剂和催化剂的浆液系统中进行加氢、解聚，需要较高的压力和温度。

直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高，投资相对较少，100万t生产线大约需80～90亿元；缺点是煤加氢工艺过程的总体操作条件相对苛刻。

前言费托合成（F-T合成）是指合成气（H2+CO）在一定的反应温度和压力下经催化转化为烃类产物的反应[1]，是煤、天然气、生物质等含碳资源间接转化为液体燃料的关键步骤。

目前具有工业应用价值的F-T合成催化剂主要有铁基和钴基催化剂，两类催化剂均需经还原预处理才能获得合适的反应活性[2]，而还原后催化剂的物相结构将直接影响催化剂的反应性能和运转寿命[3-5]，因此研究催化剂的还原预处理对F-T合成过程的优化具有重要意义。

对于低温(220～250℃)F-T合成工艺的Fe-Cu系催化剂，Bukur等[4,5]研究了在不同还原气氛(H2、CO和合成气)中催化剂物相结构的变化规律，发现在H2还原过程中主要生成α-Fe/Fe3O4的混合物相，随后在合成气反应状态下进一步转化为铁碳化物相；而在CO或合成气还原气氛中则主要形成铁碳化物或与Fe3O4的混合物相。

郝庆兰等[6,7]详细考察了各种还原条件对Fe-Cu系催化剂的浆态床F-T 合成反应性能的影响，认为在高的CO转化率的反应条件下，反应体系中H2O/H2比例较高时，部分铁碳化物会被氧化生成Fe3O4，形成铁碳化物与Fe3O4的动态平衡。

此外，铁碳化物相又是由多种复杂晶相构成的，如χ-Fe5C2、ε-Fe2C、έ-Fe2.2C、θ-Fe3C、Fe7C3等[8]，目前对铁催化剂还原态物相结构与反应性能的关联尚无明确结论。

Fe-Mn催化剂最早用于固定床工艺的低碳烯烃或轻质液态烃的合成[9]。

近年来，中科院山西煤炭化学研究所提出了采用改性的Fe-Mn催化剂，实现高温(260～280℃)浆态床F-T合成轻质馏分油新工艺概念，杨勇等[10]通过喷雾干燥成型技术研制出适合浆态床F-T合成工艺使用的微球状Fe-Mn-K-SiO2催化剂，该类催化剂在体现高的反应活性的基础上表现出较高的中间馏分段(C8-C22)烃的选择性和较低的重质蜡的选择性。

在该催化剂中，Mn助剂和粘结剂SiO2的同时引入，对Fe-Mn系催化剂的还原和活性相结构均有较大影响，与Fe-Cu系催化剂的还原行为亦有较大差异[10,11]。

《费托合成反应的催化剂制备和性能研究及其对生态环境的影响》篇一一、引言费托合成反应（Fischer-Tropsch Synthesis, FTS）是一种重要的工业过程，用于将合成气（主要由一氧化碳和氢气组成）转化为液体燃料和化学品。

在这个过程中，催化剂起着至关重要的作用。

本文旨在研究费托合成反应的催化剂制备方法和性能，并探讨其对生态环境的影响。

二、费托合成反应催化剂的制备费托合成反应催化剂的制备过程涉及多个步骤，包括选择合适的催化剂材料、制备方法以及优化催化剂的结构和性能。

目前，常用的催化剂材料包括铁、钴、钌等过渡金属。

1. 催化剂材料的选择选择合适的催化剂材料是制备高效费托合成反应催化剂的关键。

过渡金属如铁、钴和钌具有较高的费托合成活性，因此常被用作催化剂的活性组分。

此外，还需要选择合适的载体和助剂，以提高催化剂的稳定性和抗中毒能力。

2. 制备方法制备费托合成反应催化剂的方法主要包括共沉淀法、浸渍法、溶胶-凝胶法等。

共沉淀法是一种常用的制备方法，通过将金属盐溶液与沉淀剂混合，得到前驱体，然后进行煅烧和还原处理，得到催化剂。

浸渍法和溶胶-凝胶法也是常用的制备方法，具有较高的比表面积和较好的分散性。

3. 催化剂的结构和性能优化为了进一步提高催化剂的性能，需要对催化剂的结构和性能进行优化。

这包括调整催化剂的组成、粒度、孔隙结构等。

此外，还可以通过添加助剂、改变载体等手段来提高催化剂的稳定性和抗中毒能力。

三、费托合成反应催化剂的性能研究费托合成反应催化剂的性能研究主要包括催化剂的活性、选择性、稳定性等方面。

通过对催化剂的制备过程和反应条件进行优化，可以提高催化剂的性能。

1. 活性催化剂的活性是评价其性能的重要指标。

通过调整催化剂的组成、粒度、孔隙结构等，可以优化催化剂的活性。

此外，反应条件如温度、压力、气体组成等也会影响催化剂的活性。

2. 选择性催化剂的选择性指的是在费托合成反应中，催化剂对不同产物的生成能力。

费-托合成（煤或天然气间接液化）介绍间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。

间接液化首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。

在煤炭液化的加工过程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及无机矿物质（燃烧后转化成灰分）均可脱除，硫还可以硫磺的形态得到回收，而液体产品品质较一般石油产品更优质。

煤间接液化技术的发展煤间接液化中的合成技术是由德国科学家Frans Fischer 和Hans Tropsch 于1923首先发现的并以他们名字的第一字母即F-T命名的，简称F-T合成或费-托合成。

依靠间接液化技术，不但可以从煤炭中提炼汽油、柴油、煤油等普通石油制品，而且还可以提炼出航空燃油、润滑油等高品质石油制品以及烯烃、石蜡等多种高附加值的产品。

自从Fischer和Tropsch发现在碱化的铁催化剂上可生成烃类化合物以来，费-托合成技术就伴随着世界原油价格的波动以及政治因素而盛衰不定。

费-托合成率先在德国开始工业化应用，1934年鲁尔化学公司建成了第一座间接液化生产装置，产量为7万吨/年，到1944年，德国共有9个工厂共57万吨/年的生产能力。

在同一时期，日本、法国、中国也有6套装置建成。

二十世纪五十年代初，中东大油田的发现使间接液化技术的开发和应用陷入低潮，但南非是例外。

南非因其推行的种族隔离政策而遭到世界各国的石油禁运，促使南非下决心从根本上解决能源供应问题。

考虑到南非的煤炭质量较差，不适宜进行直接液化，经过反复论证和方案比较，最终选择了使用煤炭间接液化的方法生产石油和石油制品。

SASOL I厂于1955年开工生产，主要生产燃料和化学品。

20世纪70年代的能源危机促使SASOL建设两座更大的煤基费-托装置，设计目标是生产燃料。

第49卷第11期 2017年11月无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYVol.49 No.11Nov.,2017综述与专论费托合成铁基催化剂关键影响因素研究进展*段建国王亚雄刘全生2袁周晨亮1(1.内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古自治区煤化工与煤炭综合利用重点实验室，内蒙古包头014010;2.内蒙古工业大学化工学院，内蒙古自治区低阶碳质资源髙值功能化利用重点实验室冤摘要:介绍了近年来费托(FT冤合成铁催化剂关键影响因素取得的研究进展，围绕铁活性相物质、有效助剂、新 型载体等铁基催化剂关键影响因素对铁催化剂结构和性能的影响做了综述，进一步探讨了铁活性相颗粒尺寸大小 对催化剂特性的影响。

最后，对未来费托催化剂的发展方向做了展望。

关键词:费托(FT)合成;铁基催化剂;活性相中图分类号:TQ138.il 文献标识码:A 文章编号：1006-4990(2017)11-0001-07Research advance in key influencing factors of iron-basedcatalyst for Fischer-Tropsch synthesisDuan Jianguo1,Wang Yaxiong1,Liu Quansheng2,Zhou Chenliang1(1.Inner Mongolia K ey Laboratory ofC oal Chemical Industry and Comprehensive Utilization,，School o/Chemistry andChemical Engineering，Inner Mongolia University ofScience & Technology，Baotou 014010，China；2.Inner Mongolia K ey Laboratory o/High-Value Function Utilization ofLow Rank Carbon R esou rce，School o/Chemical Engineering，Inner Mongolia University ofT echnology) Abstract：The recent researching advance of the key influencing factors of iron-based catalyst for Fischer-Tropsch (FT) synthesis was summarized.The influences of key factors,including the active phases,the effective promoters,and the new carriers of iron-based catalysts, on the structure and performance of the iron-based catalysts were reviewed.The future development direction of FT catalyst was also prospected.Key words院Fischer-Tropsch(FT) synthesis；iron-based catalyst；active phase费托(FT)合成是煤、天然气和生物质等碳资源 间接转化成高价值的液体燃料和化工产品的一项关 键技术，在环境保护和经济方面具有重要意义。

F-T合成催化剂破碎原因分析及解决办法X马国清(内蒙古伊泰煤制油有限责任公司,内蒙古准格尔旗　010300) 摘　要:F-T合成是煤间接液化制取液体燃料的核心环节,生产中F-T铁系催化剂破碎,直接影响生产的稳定性。

本文主要分析了催化剂破碎原因、破碎后的影响及避免催化剂破碎的方法。

关键词:F-T合成;催化剂;破碎;反应;H2/CO 中图分类号:T Q251 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)05—0068—01 F-T合成只有在合适的催化剂作用下才能实现。

催化剂对反应速度,产品分布,油收率,原料气转化率均有直接的甚至是决定性的影响。

催化剂的破碎对F-T合成工业化生产长周期稳定运行有着致命的影响。

1　我公司F-T合成工艺简介F-T合成是煤间接液化生产柴油的核心环节,原料煤经过气化生产出合成气(有效成分H2和CO),合成气经过净化后,净化合成气在一定温度和压力下进入装有液体溶剂和固体(粉状颗粒)催化剂的浆态床反应器,合成气以鼓泡的方式通过浆态床反应器催化剂床层,在催化剂的作用下发生F-T 合成反应,生成烃类产品,产品经过气液分离,分离出液态烃产品与合成尾气(气态烃),液态烃经过加氢得到最终产品柴油。

合成尾气脱出CO2后,可循环使用,从而提高F-T合成转化率和产品收率。

2　催化剂破碎的原因分析2.1　系统压力波动F-T合成反应是在一定温度和压力下进行,F -T合成是体积缩小的反应,故提高反应压力有利于合成气向烃类的转化。

虽然F-T合成反应正常操作压力范围较宽,范围为2.5MPa～3.2MPa之间即可,但是系统压力的骤升和骤降,对催化剂有较强的破坏性,容易造成催化剂破碎。

2.2　反应器温度的骤变不同类型的催化剂,对F-T合成反应温度要求范围是不同的,反应温度不但影响反应速率,而且影响产物分布。

所以,反应温度是关键工艺参数之一,必须严格控制。

总的趋势是随反应温度的增加, CO的转化率增加,气态烃产率增加,液态烃产率降低。

费—托合成(煤或天然气间接液化）介绍间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。

间接液化首先将原料煤与氧气、水蒸汽反应将煤全部气化，制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。

在煤炭液化的加工过程中，煤炭中含有的硫等有害元素以及无机矿物质（燃烧后转化成灰分)均可脱除，硫还可以硫磺的形态得到回收,而液体产品品质较一般石油产品更优质.煤间接液化技术的发展煤间接液化中的合成技术是由德国科学家Frans Fischer 和Hans Tropsch 于1923首先发现的并以他们名字的第一字母即F-T命名的，简称F-T合成或费-托合成.依靠间接液化技术，不但可以从煤炭中提炼汽油、柴油、煤油等普通石油制品，而且还可以提炼出航空燃油、润滑油等高品质石油制品以及烯烃、石蜡等多种高附加值的产品。

自从Fischer和Tropsch发现在碱化的铁催化剂上可生成烃类化合物以来，费—托合成技术就伴随着世界原油价格的波动以及政治因素而盛衰不定。

费—托合成率先在德国开始工业化应用，1934年鲁尔化学公司建成了第一座间接液化生产装置,产量为7万吨/年,到1944年，德国共有9个工厂共57万吨/年的生产能力.在同一时期,日本、法国、中国也有6套装置建成。

二十世纪五十年代初，中东大油田的发现使间接液化技术的开发和应用陷入低潮，但南非是例外。

南非因其推行的种族隔离政策而遭到世界各国的石油禁运，促使南非下决心从根本上解决能源供应问题.考虑到南非的煤炭质量较差,不适宜进行直接液化，经过反复论证和方案比较，最终选择了使用煤炭间接液化的方法生产石油和石油制品。

SASOL I厂于1955年开工生产，主要生产燃料和化学品。

20世纪70年代的能源危机促使SASOL建设两座更大的煤基费-托装置,设计目标是生产燃料.当工厂在1980和1982年建成投产的时候,原油的价格已经超过了30美元/桶。

2 低温铁基催化剂2.1 催化剂制备方法低温铁基催化剂在制备的过程中，共沉淀法更为适用。

在实际的制备过程中，最为常规的制备流程为：提前准备好热硝酸铁和硝酸铜混合溶液，且这些溶液的温度要合适，达到沸腾状态，随后在这一混合溶液中添加至热的硝酸钠溶液，同样其温度应达到沸腾条件，将前期准备好的溶液与后续加热的溶液快速、均匀搅拌到混合状态，在搅拌混合的过程中伴随着化学反应的形成。

金属硝酸盐与碳酸根在热溶液下会出现复分解反应，最终的反应产物为水合氧化铁沉淀、二氧化碳气[2]。

在混合溶液的pH 值在7左右时，停止添加热硝酸铁和硝酸铜混合溶液。

在全部的反应结束以后，将最终的沉淀物收集起来，随后使用沸腾的脱盐水反复冲洗这些沉淀物，在冲洗的同时，其中的Na +和NO 3-得以去除。

将沉淀物重新打浆以后，将其与硅酸钾溶液充分搅拌并混合，在混合溶液中添加一定量的硝酸溶液，随后将该混合溶液的pH 值加以适当调整，使得其接近于中性。

在此前提下，利用过滤和浓缩的方式来处理这些混合浆液，获得催化剂前驱体[3]。

费托合成存在着多种工艺，在不同的工艺条件下，对催化剂前驱体实施相应的处理。

通常情况下，固定床反应器中所使用的催化剂可以将催化剂前驱体利用高压挤出，在成型后干燥得到；浆态床所使用的催化剂，对催化剂前驱体实施重新打浆处理，喷雾造粒和焙烧获得。

2.2 催化剂活性组分的研究催化剂的活性组分是决定催化剂活性的直接原因，为保障催化剂最佳的使用效果，在使用之前一般需进行还原活化处理，使得在经由这一处理以后可以满足费托反应的需求。

低温铁基催化剂是一类比较特殊的催化剂，其中的活性组分更多地源自催化剂产品中的α-Fe 2O 3。

催化剂的活化反应开0 引言费托合成反应最早诞生于20世纪二十年代，基于其反应原理的特殊性，有效实现了铁基催化剂向液体烃燃料的转化，有效扩宽了燃料的获取渠道，保持了燃料获取路径的多样性。

现阶段，低温费托合成铁基催化剂已然在很多领域得到了应用，费托合成转化效率、产物种类均与催化剂的整体性能有着直接的关系，因此，为有效创造更高的价值，专业人员需进行费托合成反应催化剂种类的选择、工艺条件的确定。

《Fe基电催化剂的设计合成及其催化活性研究》篇一一、引言随着全球对清洁能源的需求不断增长，电催化技术成为了研究者们关注的焦点。

Fe基电催化剂作为一种新型的催化剂材料，在提高能源转化效率及降低成本方面显示出巨大潜力。

本文将对Fe基电催化剂的设计合成及其催化活性进行研究，为未来催化剂的设计与制备提供参考。

二、Fe基电催化剂的设计合成1. 材料选择与理论设计Fe基电催化剂主要选用具有高催化活性的铁化合物作为主要成分，如氧化铁（Fe2O3）、硫化铁（FeS）等。

通过理论计算和模拟，确定最佳的材料组成和结构。

2. 合成方法本研究所选用的合成方法包括化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。

这些方法能够实现催化剂的精细控制，得到高比表面积、高分散度的Fe基电催化剂。

3. 制备过程在制备过程中，严格控制反应条件，如温度、压力、反应时间等，以确保催化剂的纯度和性能。

同时，通过添加表面活性剂或模板剂等手段，进一步优化催化剂的形貌和结构。

三、催化活性研究1. 实验方法采用循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）等电化学测试方法，评估Fe基电催化剂的催化活性。

同时，利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对催化剂的物理性质进行表征。

2. 结果与讨论实验结果表明，Fe基电催化剂在碱性溶液中表现出优异的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）催化活性。

通过对比不同合成方法和条件下的催化剂性能，发现采用水热法合成的FeS催化剂具有最高的催化活性。

此外，通过SEM和XRD等手段对催化剂的形貌和结构进行表征，发现其具有较高的比表面积和良好的结晶度，有利于提高催化性能。

3. 催化机理分析结合理论计算和实验结果，分析Fe基电催化剂的催化机理。

研究发现，Fe基电催化剂在反应过程中能够有效地降低反应能垒，促进电子转移，从而提高反应速率。

此外，催化剂表面的活性位点对反应中间产物的吸附能力也是影响催化活性的关键因素。

四、结论本研究成功设计合成了Fe基电催化剂，并对其催化活性进行了深入研究。