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.     

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.     

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）.     

鼓泡浆态床费托合成（FTS）的模拟：数值分析

建立了浆态床反应器模型,该模型考虑了气相、液相的轴向分散及催化剂沿床层的非均匀分布。通过与Ｒｈｅｉｎｐｒｅｕｓｅｎ－Ｋｏｐｐｅｒｓ示范厂文献实验数据的对比,检验了模型的有效性。依据模型,计算分析了反应物、产物的浓度分布,气液两相的Ｈ２／ＣＯ变化及ＦＴＳ与ＷＧＳ对合成气转化的贡献。模拟结果给出了浆态床为何能够利用贫氢合成气的合理解释     

钴纳米粒子催化水相费托合成

水相费托合成可以在远低于传统温度下实现,其低温高效的特点使其具有重要的应用潜力. 本文制备了水相稳定且可循环利用的Co纳米粒子并应用于水相费托反应,150℃下活性为7.4×10^-7mol_CO g_Co^-1 s^-1,C₅₊选择性接近40%,是目前纯钴水相费托合成的最好结果,而其它方法合成的催化剂在150℃时活性低下. 对催化剂进行了粒径、结构、成分测定和原位红外光谱检测,研究了催化剂在反应中的重构过程和B掺杂效应.     

Al2O3助剂对Co/SiC催化剂F-T反应性能的影响

分别采用沉淀法、尿素水解法制备Al₂O₃/SiC复合载体,采用等体积浸渍法制备Co/Al₂O₃-SiC催化剂。结合N₂吸附、XRD、H₂-TPR、XPS等表征手段,研究Al₂O₃助剂对钴基催化剂物相结构、还原行为以及F-T合成性能等的影响。结果表明,氧化铝加入后增强了载体与钴物种之间的相互作用,提高了钴物种的分散度,降低了钴物种的还原度。尿素水解法引入Al₂O₃后,载体与钴物种具有适中的相互作用,表现出较高的反应活性。沉淀法制备的载体负载钴物种后由于较强的金属-载体相互作用,表现出较优的稳定性。     

醇添加对钴基催化剂费托合成反应的影响

在固定床微反应器上利用全产物在线分析方法, 研究了钴基催化剂上伯醇C_nH_2n+1OH (n=2, 3, 5, 6)在惰性气氛(Ar)和氢气气氛下的反应行为以及添加C_nH_2n+1OH对费托(FT)合成反应的影响, 并结合原位漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)表征. 结果表明: 碳数为n的醇在Ar 气氛和H₂气氛下反应主要有脱羰和脱水两条反应路径, 分别生成碳数为n-1的烃和相同碳数的烃. 低碳数醇(乙醇和正丙醇)的添加对费托合成产物分布无明显影响; 而较高碳数的醇(正戊醇, 正己醇)的加入使碳数为n-1以上烃的选择性显著增加, 这是由于C_nH_2n+1OH加入后生成的碳数为n-1和n的中间体可进一步发生链引发反应, 生成更多的长链烃.     

无定形硅铝载体的酸性对费托蜡加氢裂化反应中柴油选择性的影响

利用逐梯度铵交换处理的方法合成了三个织构性质相似、酸性不同的无定形硅铝载体,并通过XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、Py-FTIR和NMR等手段对载体的物化性质进行了研究。经等体积浸渍负载贵金属Pt,制成加氢裂化催化剂,以费托蜡加氢裂化生产柴油为探针反应,研究了无定形硅铝载体的酸性与柴油选择性之间的构效关系。结果表明,柴油选择性主要与载体的B酸性质有关,受L酸的影响很小;催化剂载体的强B酸含量与柴油选择性成相反关系,载体强B酸的含量越低,柴油选择性越高;催化剂Pt/B-1具有相对最高的柴油选择性,在反应压力7.0 MPa,H₂/wax（volume ratio）=1 000：1,LHSV=1.0 h^-1,温度为370℃的条件下,C₂₂₊转化率为62.52%时,对柴油的选择性达87.12%,具有比文献报道及商业化无定形硅铝载体ASA制备的催化剂Pt/ASA相对更高的活性和柴油选择性。     

Mn和Zr助剂对介孔碳负载钴基催化剂费托合成反应性能的影响

采用浸渍法制备了Mn和Zr改性的介孔碳负载钴基催化剂,采用X射线衍射（XRD）、比表面积测定、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、H₂/CO程序升温脱附（TPD）及X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂的物化性质进行了表征,采用固定床反应器对其F-T反应性能进行了研究。结果表明,Mn或Zr助剂的添加均降低了CH₄的选择性。其中,Mn助剂的添加提高了C_2-4的选择性,提高了烯烷比,而Zr的添加提高了钴物种的分散度,增加了反应活性位点,显著提高了钴基催化剂的F-T反应活性和C₅₊选择性。     

层状K/Mg-Fe-Al催化剂的制备及其CO加氢性能研究

采用共沉淀法制备了系列不同Mg/Fe/Al配比MgFeAl-HTLcs前驱体,经焙烧、浸渍K改性、二次焙烧后用于CO加氢反应。采用N2吸附-脱附、SEM、TG、XRD、H2-TPR、XPS等手段对催化剂进行了表征。结果表明,共沉淀法制备的不同配比MgFeAl-HTLcs类水滑石前躯体均具有典型层状结构;焙烧后生成MgO、Fe2O3以及少量MgFeAlO4物相,三组元间相互作用增强,反应后以MgCO3和Fe3O4物相为主,同时出现较弱的Fe5C2相;K改性后发生结构重构,热稳定性增强,且随Al含量增加,比表面积显著单调下降;与K/Mg-Fe相比,K/Mg-Fe-Al样品中Fe2O3到Fe3O4的还原受到抑制;二次焙烧后,反应前表面相对富Fe,反应后表面富K。在CO加氢反应中,K/Mg-Fe-Al系列催化剂均表现出较高的反应活性以及烯烃选择性,随Fe/Al配比相对增加,C5+含量呈降低趋势,O/P值增加;与K/1.5Mg-0.67Fe相比,K/1.5Mg-0.67Fe-0.33Al催化剂C5+含量由22.17%降至10.90%,C=2-4含量由40.98%提高至47.28%。