论文部分内容阅读
原油资源的减少和环境问题引起了全世界的关注,寻找生产日用化学品的可替代过程已成为目前的一个研究热点。费托合成可以将由煤、天然气、生物质制得的合成气转化为优质清洁能源和化工原料(低碳烯烃)来缓解石油危机以及减少环境污染。费托合成的核心是催化剂,主要分为铁基催化剂和钴基催化剂。相比于钴基催化剂,铁基催化剂更便宜且应用范围更广。对铁基催化剂的催化活性、选择性以及失活的基础性研究具有一定的科学性和重要性。本文主要研究了载体和助剂(K、Na和S)对铁基催化剂性能的共同作用,阐述了影响反应性能的关键因素。为了制备高活性、高稳定性以及高低碳烯烃选择性的催化剂,本文主要采用浸渍法制备了铁基催化剂。利用SiC负载的铁基催化剂研究了碱金属对费托合成催化剂性能的影响,并通过改变还原气氛、反应温度以及反应压力进一步考察了评价条件对催化剂性能的影响。研究结果发现,适量的K能够提高催化剂的活性,抑制甲烷的生成,提高低碳烯烃的选择性。通过改变评价条件发现,H2活化的催化剂活性最高。反应温度升高,催化剂活性升高,烷烃的选择性升高,但是低碳烯烃的选择性并没有随着温度的升高而升高。反应压力升高,催化剂活性升高,低碳烯烃的选择性降低,但是CO2和低碳烷烃的选择性变化不明显。通过使用不同的载体研究了载体对K修饰的铁基催化剂性能的影响。结合实验数据和表征结果(BET、XRD、TEM、XPS、TMS、TG、FTIR和H2-TPR),结果发现SiC负载的催化剂的活性以及烯烷比(O/(O+P))有了明显的提升,而γ-Al2O3和SiO2负载的催化剂在加入K助剂之后活性没有明显的变化。AC和TiO2负载的铁基催化剂由于K的加入抑制了催化剂的还原,活性反而下降。K修饰的非负载型催化剂CO的转化率最高但是失活很严重。催化剂的失活主要是由于K助剂诱导的碳沉积以及相态的转移。通过水热法制备了碳硅复合材料,然后利用其作载体制备了一系列的铁基催化剂。不同于传统的SiO2负载的催化剂,该催化剂中Fe和SiO2之间没有明显的相互作用。与SiO2相比,该碳硅复合材料负载的铁基催化剂的活性更高。为了得到高选择性的低碳烯烃,仅仅使用K或Na助剂是不够的,因为K和Na在提高低碳烯烃的选择性的同时还促进了链增长从而形成长链烃。实验证明S助剂在不升高甲烷选择性的同时可以有效增加短链烃(C2-C4)的选择性。所以将碱金属K和Na与S助剂结合,在一定的反应条件下可以有效的提高低碳烯烃的选择性。