水对钴基Fischer-Tropsch合成的影响

近年来钴基Fischer-Tropsch合成 （F-T合成）成为C1化学领域的研究热点。在F-T合成中,水是主要产物之一,它不可避免地影响着催化剂性能。本文就水对钴基F-T合成的影响进行了评述,重点讨论了水对催化剂活性、选择性和稳定性的影响。     

Purification Influence of Synthesis Gas Derived from Methanol Cracking on the Performance of Cobalt Catalyst in Fischer-Tropsch Synthesis

1. Introduction Fischer-Tropsch synthesis (FTS) has gained in- dustrial attention for converting synthesis gas to high- boiling points waxes that can be further converted to sulfur-free motor fuels by hydrogenation or hydroc- racking as alternative resour…     

钴基F-T合成重质烃催化剂载体效应的研究

 考察了ZrO2,Al2O3和SiO2等载体对Co基催化剂上CO加氢反应性能的影响．结果表明,载体的特性明显影响CO转化率、产物分布及链增长几率．氧化态催化剂上的钴主要以Co3O4形态存在,其晶粒大小的顺序为Co／ZrO2＜Co／SiO2＜Co／Al2O3．XPS测试结果表明,载体与钴之间存在着相互作用．     

钴基费托合成催化剂的表界面性质调控

合成气经费托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTs)转化为燃料和高附加值化学品是解决煤炭等资源清洁利用问题的重要途径,是现代煤化工的重要组成部分,对于降低石油进口依赖度,保证国家能源战略安全具有重要意义。钴基催化剂因活性高、链增长活性强、CO₂选择性低、寿命长等而成为目前研究最为广泛的FTs催化剂之一。如何通过调控表界面性质来打破还原度和分散度的依赖关系,提高催化剂的反应活性以及一定碳链范围内的产物选择性依然是高效钴基FTs催化剂开发面临的重要挑战。本文分别从结构敏感性(尺寸和晶面效应)、金属-载体间相互作用和限域效应三个方面阐述钴基FTs催化剂表界面性质调控策略的最新研究进展,以期为钴基FTs催化剂微观结构设计及反应性能调控提供理论依据。     

费托合成钴基催化剂的研究进展

 费托合成油技术是煤炭、天然气等含碳资源清洁优化利用的重要途径, 其关键问题之一是催化剂选择性的调控, 即抑制甲烷生成和提高馏分油含量. 近 10 年来, 中国科学院山西煤炭化学研究所系统地开展了钴基费托合成催化剂及制备放大的工程基础研究, 包括钴分散度、还原度与甲烷生成之间的关系, 载体表面疏水性对催化剂性能的影响, 以及采用孔道限域等手段初步实现了产物的选择性调控. 同时, 初步阐明了甲烷生成的结构基础, 并指明了新型馏分油催化剂研发方向. 在此基础上, 研制了新型钴基催化剂, 其具有低甲烷选择性、高重质烃选择性和良好稳定性的特点. 目前, 对 I 型催化剂完成了实验室稳定性验证并实现了工业示范; 对 II 型催化剂 (甲烷选择性约 2%~3%) 完成了稳定性验证.     

费托合成钴基催化剂微观结构研究进展

费托合成可将煤、天然气及生物质等各种非石油含碳资源通过合成气转化为各种油品和精细化学品.钴基催化剂因其水煤气变换反应活性低、费托反应活性高、碳链增长能力高的优良特点,在工业应用和相关科学研究上备受关注.钴基催化剂微观活性位的结构和费托反应过程中催化剂的表面吸附物等都会对F-T合成反应的产物分布以及催化性能有影响.本文分...     

中孔分子筛HMS负载钴催化剂在费-托合成中的应用:载体HMS的孔径对钴基催化剂性能的影响

 用不同链长度的十二胺，十四胺，十六胺和十八胺等伯胺为模板\r\n剂合成了具有不同孔径大小的HMS中孔分子筛．XRD和低温氮吸附测定表\r\n明，HMS具有典型的中孔分子筛特征，且其孔径大小随HMS合成中所用模\r\n板剂链长度的增加而增加．以HMS为载体，采用孔体积浸渍法制备了负\r\n载量为7．5％的钴催化剂，在接近工业试验条件下（n（H2）／n（CO）\r\n＝2．1，GHSV＝500h－1，p＝2．0MPa，θ＝227℃）考察了载体孔径大\r\n小对费－托合成反应性能的影响．结果表明，与常规的SiO2载体相比，\r\nHMS负载钴催化剂具有更高的催化活性和C5＋选择性；而且，CO转化率\r\n，C5＋选择性及产物中的蜡油比均随着HMS载体孔径的增大而升高．以\r\n7．5％Co／HMS－18为催化剂，CO转化率为78．0％，C5＋选择性为80．\r\n8％，蜡油比为11．1．     

用于选择性合成清洁液体燃料的钴基F-T合成催化剂

在传统F-T合成（Fischer-Tropsch synthesis）中,烃类产物受到Anderson-Schulz-Flory (ASF)方程的控制,这使得烃类产物分布宽,不具有选择性。因此,如何突破ASF产物分布控制,实现以合成气为原料,高选择性合成特定碳数范围内的烃类产品是F-T合成研究领域中的前沿和热点之一。本文以钴基负载型催化剂的活性中心和载体孔结构与F-T合成产物分布之间的关联为探讨重点,综述了这一领域的最新研究成果。     

中孔分子筛负载钴催化剂制备及其在费-托合成中的催化性能

 以HMS,MCM－41,AlHMS和ZrO2／HMS等中孔分子筛为载体,采用孔体积浸渍法制备了系列负载型钴催化剂．XRD测定结果表明,Co氧化物完全分散于分子筛内表面,载体仍保持中孔分子筛的特征;低温N2吸附测定结果表明,表面负载金属钴后,分子筛的比表面积和孔体积下降,孔径减小,孔壁增厚．比较了不同中孔分子筛负载Co催化剂在F－T反应中的催化性能,以短程六角对称的HMS为载体,有利于F－T反应中的链增长,烃类产物主要为微晶蜡;以ZrO2／HMS为载体可抑制CH4的生成,提高C5＋的选择性．     

新型钴基介孔分子筛催化剂F-T合成性能和烃分布研究

采用介孔分子筛MSU－1，SBA－12和HMS为载体，制得含钴质量分数为15％的催化剂。在原料气V（H2）／V（CO）＝2．0，T＝473－513K,p=2.0MPa,GHSV=500H^-1的F－T合成条件下，反应活性依Co/HMS,Co/SBA-12,Co/MSU-1顺序降低，高碳烃（C19^ )选择性以Co/HMS最低；Co/MSU-1和Co／SBA-12催化剂介孔结构在反应中相对稳定，Co/HMS介孔结构在反应后完全塌陷。     

钍含量对Co/HMS催化剂结构和费托合成的影响

详细研究了钍含量对15% Co/HMS催化剂结构、费托合成CO转化率和烃分布的影响, 结果表明: 钍助剂的添加降低了催化剂的钴还原度, 并可使催化剂钴晶粒减小, 且存在钍物种对钴物种的覆盖; 钴晶粒的减小、较高钍含量时催化剂里钍物种对钴物种的覆盖和钴物种还原性能的降低, 使催化剂存在最优的钍含量, 此时催化剂表面暴露的金属钴原子最多, 较好地解释了钍含量达到1.5 wt%时, 催化剂CO转化率最高的实验现象. 烃分布研究表明: 反应温度较低时钍助剂将促进产物链的增长和高碳烃选择性的增加, 但反应温度较高时难以促进产物链的增长.     

Recent Technological Developments in Cobalt Catalysts for Fischer-Tropsch Synthesis

Co-based catalysts are often utilized due to their high Fischer-Tropsch synthesis (FT) activity,C+5 hydrocarbon selectivity, low water-gas shift reaction (WGS) activity and relatively low cost. Selective control of C5+ hydrocarbons and the catalyst longevity are critical in the design of cobalt catalysts.Thus, various methods to improve the performance of Co catalysts have been suggested. The progress in cobalt catalysts reviewed in the last few decades, mainly involved the support, promoter, preparation and deactivation of Co-based catalysts.     

费-托合成Co/ZrO2-Al2O3催化剂反应性能的研究

以ZrOCl2·6H2O和AlCl3为原料,采用共沉淀方法制得一系列不同ZrO2质量分数的ZrO2-Al2O3混合氧化物载体;并以该混合氧化物为载体,采用初湿浸渍法制得钴质量分数为12％的Co/ZrO2-Al2O3催化剂。XRD、NH3-TPD、TPR和原位IR等表征结果表明,随着混合载体中ZrO2质量分数的增加,载体比表面积先增加后减少,混合载体的平均孔径则小于单一氧化物ZrO2和Al2O3的平均孔径。ZrO2和Al2O3载体混合后会导致氧化物的比表面积和酸性增大并且有新的物相生成。当混合氧化物用作载体时,能够抑制载体表面金属钴的分散,改变催化剂的还原行为,降低催化剂对CO物种的吸附能力。CO加氢反应表明,与单一金属氧化物相比,钴负载ZrO2-Al2O3混合氧化物催化剂的加氢活性和重质烃选择性有所降低。     

沉淀铁催化剂在F-T合成中的研究与应用进展

F-T合成是煤间接液化的关键工艺步骤,选择鼓泡浆态床反应器和廉价高效的铁催化剂是实现低氢碳比的煤基合成气转化的最为现实有效的产业化途径.本文对近年来国内外F-T合成技术发展进行了评述,着重介绍了用于浆态床反应器的沉淀铁催化剂的制备化学、成型方法、活性相组成、预处理条件及诸因素对F-T合成性能与工艺的影响,指出并展望了该类催化剂今后腞&D趋势与方向.     

钴基催化剂在费-托反应过程中的失活行为

 考察了 Co/SiO₂, Co/Ru/SiO₂ 和疏水改性 Co/Ru/SiO₂ 催化剂在费-托合成过程中的稳定性.结果发现, 随着反应的进行, 三种催化剂都呈现一定程度的失活,它们稳定性高低顺序为: 疏水改性 Co/Ru/SiO₂ > Co/SiO₂ > Co/Ru/SiO₂. Co/SiO₂ 催化剂的失活是由于催化剂上 Co 晶粒的长大和硅酸钴物种的生成, 而 Co/Ru/SiO₂和疏水改性 Co/Ru/SiO₂的失活则是由于催化剂上 Co 晶粒的长大所致. 由于 Co/Ru/SiO₂ 催化剂的 Co 晶粒比 Co/SiO₂催化剂的小得多, 在反应过程中更容易长大, 所以 Co/Ru/SiO₂催化剂稳定性更差; 而疏水改性 Co/Ru/SiO₂催化剂表面的疏水性既抑制了硅酸钴物种的形成, 又使 Co 晶粒长大较慢, 因此其稳定性最高.     

Effects of the Different Supports on the Activity and Selectivity of Iron-Cobalt Bimetallic Catalyst for Fischer-Tropsch Synthesis

Silica, alumina, and activated carbon supported iron-cobalt catalysts were prepared by incipient wetness impregnation. These catalysts have been characterized by BET, X-ray diffraction (XRD), and temperature-programmed reduction (TPR). Activity and selectivity of iron-cobalt supported on different carriers for CO hydrogenation were studied under the conditions of 1.5 MPa, 493 K, 630 h-1, and H2/CO ratio of 1.6. The results indicate that the activity, C4 olefin/(C4 olefin C4 paraffin) ratio, and C5 olefin/(C5 olefin C5 paraffin) decrease in the order of Fe-Co/SiO2, Fe-Co/AC1, Fe-Co/Al2O3 and Fe-Co/AC2. The activity of Fe-Co/SiO2 reached a maximum. The results of TPR show that the Fe-Co/SiO2 catalyst is to some extent different. XRD patterns show that the Fe-Co/SiO2 catalyst differs significantly from the others; it has two diffraction peaks. The active spinel phase is correlated with the supports.     

费托合成CeO2助Co/SiO2催化剂的失活

在固定床反应器上考察了原粒度(1～3mm)CeO2助Co/SiO2催化剂的费托反应性能,提出了催化剂失活的机理,并采用程序升温还原、X射线衍射和X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,在1.5MPa,488K和400h-1条件下进行的300h稳定性实验中,原粒度CeO2助Co/SiO2催化剂上的CO平均转化率达到41%,液态烃选择性达到85%,液态烃中C10 烃的质量含量占88%以上.反应器出口的催化剂中有少量的CoO和Co2SiO4生成.催化剂的失活过程受动力学控制而非热力学控制,催化剂的失活机理为:高分散的纳米Co离子在反应器出口高水蒸气压力的作用下,以CoO为中间物种,与水合SiO2作用生成Co2SiO4,即Co H2O→CoO H2,SiO2 H2O→OSi(OH)2,2CoO OSi(OH)2→Co2SiO4 H2O.     

费托合成 Fe基催化剂中铁物相与活性的关系

 采用连续共沉淀和喷雾干燥相结合的方法制备了微球形 Fe 基催化剂, 采用 N2 吸附-脱附、X 射线衍射和穆斯堡尔谱等手段, 考察了催化剂在不同还原条件下铁物相的转变, 并在浆态床反应器中评价了催化剂的费-托合成 (FTS) 反应性能. 结果表明, Fe 基催化剂在合成气气氛下首先从α-Fe2O3 转变为 Fe3O4, 然后转变为铁碳化物 (FexC); 还原压力的增大有利于 α-Fe2O3 向 Fe3O4 的转变, 而抑制 Fe3O4 向 FexC 的转变; 还原空速的增加则促进 Fe3O4 转变为 FexC. 催化剂的 FTS 反应活性随着催化剂中 Fe3O4 含量的增加而逐渐下降, 而随着 FexC 含量的增加而逐渐上升.