高分散费-托合成铁/活性炭催化剂的研究 Ⅳ.催化剂特性

使用原位穆斯堡尔谱和微型反应器考察了铁/活性炭催化剂在不同物相时的F-T反应性以及在实际反应中的物相及其变化,并讨论了铁/活性炭系催化剂不同于传统F-T铁催化剂的特性。发现金属态铁比还原到Fe_3O_4时具有高得多的活性和对烯烃和高碳烃的选择性。在实际反应中,金属铁可转化为碳化铁(ε’-Fe_(2·2)C、ε-Fe_2C和x-Fe_5C_2)并受担载铁粒径的制约,但这些碳化铁与F-T反应性间似没有确定的相依关系。影响F-T反应性的主要是铁在载体上的分散度以及铁质,即活性炭与载体的相互作用。铁与活性炭间合适的相互作用既使铁有较高的还原度,又可能调变铁的电子性不仅是载体,还可能起着电子给予体的作用,促进碳链的增长。而活性炭丰富的微孔又限制了过长链烃的生成。这些特点使得铁/活性炭催化剂具备活性高、气态烯烃和高碳烃(C_5~+)选择性高以及烃分布相对集中的优点。     

浸渍钠对铁基催化剂F-T合成浆态床反应性能的影响

以FeCuK/Si O2为母体催化剂,通过乙酸钠浸渍得到一组不同Na含量的费托合成铁基催化剂.采用原子发射光谱、低温N2吸附、程序升温还原和M ssbauer谱等技术对催化剂进行了表征.在H2/CO摩尔比为0.67,空速为2 000 h-1,压力为1.5 MPa和温度为250℃的条件下进行了浆态床F-T合成反应性能评价实验.结果表明,浸渍少量Na能提高催化剂的比表面积,促进铁物相的分散,而浸渍大量Na却大大降低了催化剂的比表面积,使催化剂中的铁物相聚集形成较大的颗粒;浸渍Na抑制了催化剂在H2中的第一步还原,但促进了催化剂在CO中的碳化;在原位合成气还原过程中,浸渍Na有利于催化剂的碳化.在500 h的运行实验中,浸渍Na的催化剂均表现出不同程度的失活现象.反应结果表明,浸渍Na对水煤气变换反应活性影响不大,对费托合成反应活性和烃产物选择性有较大的影响.在铁基催化剂上浸渍Na有利于C12 重质烃和低碳烯烃的生成.     

Silylated Co/SBA-15 catalysts for Fischer-Tropsch synthesis

A series of silylated Co/SBA-15 catalysts were prepared via the reaction of surface Si-OH of SBA-15 with hexamethyldisilazane (HMDS) under anhydrous, vapor-phase conditions, and then characterized by FT-IR, N₂ physisorption, TG, XRD, and TPR-MS. The results showed that organic modification led to a silylated SBA-15 surface composed of stable hydrophobic Si-(CH₃)₃ species even after calcinations and H₂ reduction at 673 K. Furthermore, the hydrophobic surface strongly influenced both metal dispersion and reducibility. Compared with non-silylated Co/SBA, Co/S-SBA (impregnation after silylation) showed a high activity, due to the better cobalt reducibility on the hydrophobic support. However, S-Co/SBA (silylation after impregnation) had the lowest FT activity among all the catalysts, due to the lower cobalt reducibility along with the steric hindrance of grafted -Si(CH₃)₃ for the re-adsorption of α-olefins.     

Effects of the ratio of Fe to Co over Fe-Co/SiO2 bimetallic catalysts on their catalytic performance for Fischer-Tropsch synthesis

The Fe-Co/SiO2 bimetallic catalysts with different ratios of Fe to Co were prepared by aqueous incipient wetness impregnation. The catalysts of 10%Fe:0%Co/SiO2, 10%Fe:6%Co/SiO2, 10%Fe:2%Co/SiO2, 10%Fe: 10%Co/SiO2, 6%Fe: 10%Co/SiO2, 2%Fe: 10%Co/SiO2 and 0%Fe: 10%Co/SiO2 by mass were tested in a fixed reactor by the Fischer-Tropsch synthesis. Activity and hydrocarbon distribution were found to be determined by the ratio of iron to cobalt of the catalysts. Higher iron content inhibited the activity, whereas higher cobalt content enhanced the activity of the Fe-Co/SiO2 catalysts. On the other hand, for the catalysts of 10%Fe:6%Co/SiO2, 10%Fe: 10%Co/SiO2, 6%Fe: 10%Co/SiO2, and 2%Fe: 10%Co/SiO2, the total C2-C4 fraction increased (from 10.65% to 26.78%) and C5+ fraction decreased (from 75.75% to 57.63%) at 523 K. Temperature programmed reduction revealed that the addition of cobalt enhanced the reducibility of the Fe-Co/SiO2 catalyst. Metal oxides were present in those catalysts as shown by XRD. The Fe-Co alloy phase was found in the 2%Fe: 10%Co/SiO2, 6%Fe: 10%Co/SiO2, 10%Fe:10%Co/SiO2, 10%Fe:6%Co/SiO2 catalysts and their crystals were perfect.     

工业Fe-Mn催化剂上费托合成反应动力学的研究

使用工业Fe-Mn催化剂,以搅拌釜反应器的实验数据为依据,受计算量子化学研究结果的启发,考察了两类费托合成反应机理,建立了相应的反应动力学模型并与文献模型进行了比较。结果表明,CO在氢参与下经含氧中间体解离的机理给出了最优的动力学模型,其与文献的结论一致。     

F-T合成油品加工技术的研究进展

对近年F-T合成粗油品加工技术研究进行了综述。依据F T合成产物的特点,着重对F-T合成油品中烯烃叠合、含氧化合物的脱除以及F-T合成蜡的加氢精制、加氢裂化等的相关研究工作做一浅析,以期提高人们对F-T合成油品及其加工技术的认识,并对今后F-T合成油品的加工研究提出了建议。     

焙烧温度对费托合成铁基催化剂还原动力学的影响

采用沉淀法和喷雾干燥技术制备了一个典型的费托合成铁基催化剂(100Fe/3K/6SiO_2,质量比)所得样品在不同温度下焙烧5 h.分别利用N_2吸附和穆斯保尔谱表征了催化剂的织构和物相性质,同时利用热重分析仪记录了催化剂在H2气氛中的还原过程,并利用气固反应模型对还原曲线进行了动力学模拟.结果表明,300~600℃焙烧后催化剂的还原过程可用相同的模型拟合,其中由α-Fe_2O_3还原为Fe_3O_4的过程可用一维晶相形成与生长模型或三维相界面反应模型描述,Fe_3O_4还原为α-Fe的过程受二维晶相形成与生长模型控制.而对于700℃焙烧后的催化剂,其还原过程可能受晶相形成与生长模型和收缩核模型共同影响.随着焙烧温度的提高,催化剂的还原能力减弱,还原过程活化能升高.这可能是由于焙烧温度的提高导致晶粒尺寸增大和晶格缺陷减少所致.     

Co/HMS和Co/SiO2催化剂的表征及在费-托合成反应中的催化性能

 HMS介孔分子筛经水热处理得到无定形SiO2,分别以无定形SiO2和HMS为载体,用浸渍法制得了15%Co/SiO2和15%Co/HMS催化剂. 研究表明: 氧化态Co/SiO2和Co/HMS催化剂中的钴物种以Co3O4形式存在,且Co3O4晶粒粒径均较相应催化剂的孔径大,故有部分钴物种存在于催化剂外表面; 氧化态Co/HMS催化剂中的钴物种堵塞孔道较为严重; Co/HMS催化剂中存在较强的金属-载体相互作用,因此Co/HMS催化剂较Co/SiO2催化剂难还原; Co/HMS催化剂还原后具有较高的钴分散度,使其具有优异的费-托合成反应性能.     

工业Fe-Mn催化剂上基于详细反应机理的F-T合成动力学模型Ⅱ.不同校正方法的动力学模型分析

 通过平衡闪蒸模拟催化剂孔道液体组成、烯烃物理吸附和虚拟烯烃分压等方法,考察了化学反应以外的非本征因素对F-T合成动力学模型的校正. 平衡闪蒸模拟催化剂孔道中烯烃组成的校正计算结果表明,在烯烃浓度出现峰值前,溶解度效应对烯烃再吸附及参与二次反应起主导作用,而在烯烃浓度出现峰值后,烯烃的扩散和物理吸附等效应可能起主导作用. 分析烯烃添加的反应器模拟结果发现,考虑烯烃物理吸附作用的动力学模型校正方法不能够正确反映烯烃添加实验的定性规律,而虚拟烯烃分压校正方法能够正确反映烃分布规律并可定量预测烯烃添加对产物分布规律的影响,这对需要尾气循环的F-T合成工业操作具有重要意义.     

FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂上合成气制低碳烯烃的比较

研究了钠、钾助剂对FeMn 合成低碳烯烃催化剂结构及性能的影响. 低温N₂吸附、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、CO/CO₂程序升温脱附（CO/CO₂-TPD）、Mössbauer 谱和CO+H₂反应的研究结果表明,增加Mn助剂含量促进了活性相的分散和低碳烯烃的生成,而过多锰助剂在催化剂表面的富集则降低了费托合成反应的CO转化率;钾助剂和钠助剂的加入均抑制了催化剂的还原并且促进了CO₂和CO的吸附. 比较还原后（H₂/CO摩尔比为20）和反应后（H₂/CO摩尔比为3.5）催化剂的体相结构可以发现,在FeMn、FeMnNa和FeMnK催化剂中,由于钾助剂的碱性和CO吸附能力较强,因此体相中FeC_x的含量相对较高;而活性测试结果表明,FeMnNa催化剂拥有最好的CO转化率（96.2%）和低碳烯烃选择性（30.5%,摩尔分数）.