一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺的制作方法

本发明涉及节能环保技术领域，具体为一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺。

背景技术：

能源是人类社会发展和进步必不可少的动力，我国是一个人口大国，同时也是能源消费大国，加上经济发展越来越快，对能源的需求量也越来越大。目前世界上消耗的能源主要为化石燃料，包括原油、原煤和天然气等。这些能源都是不可再生的能源，而且分布非常不均衡。波斯湾、北非和墨西哥湾的石油储量占世界石油总储量的51.3％，就国家而言，石油储量最多的是沙特，占世界石油总储量的21.9％，而中国的石油储量只有沙特的6％，在世界上排名第13位。天然气主要分布在欧洲和俄罗斯，俄罗斯的天然气储量最多，占世界天然气总储量的26.3％，我国的天然气储量则比较少。我国的煤炭年产量占世界第二，同时也是世界上每年消耗煤炭最多的国家，由于我国的煤炭资源质量普遍不高，硫含量较高，目前我国也是世界上污染较为严重的国家之一。针对我国目前能源分布与使用情况，如何利用我国丰富的煤炭资源，寻求一种高效清洁的替代石油的路径已经迫在眉睫。为此，我们提出了一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺投入使用，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺，该基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺的具体步骤如下：

s1：按金属原子比fe：cu：mn：cr＝100:5:0～100:0～50用电子称称取fe(no3)·9h2o、cu(no3)2·3h2o、mn(no3)2·4h2o和cr(no3)3·9h2o四种硝酸溶液溶于装有300ml去离子水的500ml烧杯中，超声溶解，作为盐溶液备用；

s2：称取27g无水k2co3溶于装有300ml的去离子水的500ml烧杯中，超声溶解，作为沉淀剂备用；

s3：取400ml的去离子水置于2000ml的大烧杯中，加热至60℃后取两个500ml的分液漏斗，分别倒入盐溶液和沉淀剂，并与大烧杯中的去离子水进行共沉淀实验；

s4：通过控制两个分液漏斗的滴定速率，将烧杯中混合溶液的ph值保持在8.0左右，并将混合溶液的温度维持在60℃；

s5：滴定完成后，维持搅拌转速不变，继续搅拌30min后将沉淀液取出；

s6：将沉淀液在室温下进行老化，老化时间控制在120h左右，老化完成后对沉淀液进行抽滤，并使滤液的ph值至中性；

s7：抽滤完成后将滤液在恒温干燥箱下进行干燥12h，随后在马弗炉中350℃焙烧2h；

s8：焙烧结束后，将催化剂用研钵研细，并在压片机上以8～10mpa的压力压制15min,然后用筛子筛选出20～40目大小的催化剂颗粒备用；

s9：将原料煤与氧气和水蒸气反应，将原料煤气化制得粗煤气经变换、脱硫和脱碳处理，制成洁净合成气；

s10：将合成气与催化剂放置到反应器中，反应生成低碳烯烃产物。

优选的，所述步骤s3中，采用水浴锅对烧杯中的去离子水加热，在进行共沉淀实验时，在烧杯中安置搅拌桨进行搅拌，转速为650～700r/min。

优选的，所述步骤s4中，采用f-50a酸度计实时的检测烧杯中混合溶液的ph值和温度，并将分液漏斗的整个滴定过程控制在5min左右。

优选的，所述步骤s6中，采用布氏漏斗对沉淀液抽滤，采用60℃的去离子水进行反复洗涤，使滤液的ph值至中性即可。

优选的，所述步骤s7中，恒温干燥箱的干燥温度为100～120℃，在马弗炉中，焙烧温度从室温开始升温，升温速率为5～7℃/min。

优选的，所述步骤s9中，合成气由一氧化碳和氢气组成，其中合成气的脱硫采用铁锰脱硫剂。

优选的，所述步骤s10中，反应器为固定床反应器，其中反应器的操作条件是225℃、2.6mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在反应过程中，温度控制较好，合成气单程转化率高，操作弹性大，通过费托合成的产品既解决了环保问题，同时又充分利用了我国煤碳资源丰富的优势。

附图说明

图1为本发明工作流程图；

图2为本发明不同mn含量的催化剂co转化率曲线图；

图3为本发明不同cr含量的催化剂co转化率曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺，该基于费托合成铁基催化剂制备低碳烯烃的工艺的具体步骤如下：

s1：按金属原子比fe：cu：mn：cr＝100:5:0～100:0～50用电子称称取fe(no3)·9h2o、cu(no3)2·3h2o、mn(no3)2·4h2o和cr(no3)3·9h2o四种硝酸溶液溶于装有300ml去离子水的500ml烧杯中，超声溶解，作为盐溶液备用；

s2：称取27g无水k2co3溶于装有300ml的去离子水的500ml烧杯中，超声溶解，作为沉淀剂备用；

s3：取400ml的去离子水置于2000ml的大烧杯中，加热至60℃后取两个500ml的分液漏斗，分别倒入盐溶液和沉淀剂，并与大烧杯中的去离子水进行共沉淀实验，采用水浴锅对烧杯中的去离子水加热，在进行共沉淀实验时，在烧杯中安置搅拌桨进行搅拌，转速为650～700r/min；

s4：通过控制两个分液漏斗的滴定速率，将烧杯中混合溶液的ph值保持在8.0左右，并将混合溶液的温度维持在60℃，采用f-50a酸度计实时的检测烧杯中混合溶液的ph值和温度，并将分液漏斗的整个滴定过程控制在5min左右；

s5：滴定完成后，维持搅拌转速不变，继续搅拌30min后将沉淀液取出；

s6：将沉淀液在室温下进行老化，老化时间控制在120h左右，老化完成后对沉淀液进行抽滤，并使滤液的ph值至中性，采用布氏漏斗对沉淀液抽滤，采用60℃的去离子水进行反复洗涤，使滤液的ph值至中性即可；

s7：抽滤完成后将滤液在恒温干燥箱下进行干燥12h，随后在马弗炉中350℃焙烧2h，恒温干燥箱的干燥温度为100～120℃，在马弗炉中，焙烧温度从室温开始升温，升温速率为5～7℃/min；

s8：焙烧结束后，将催化剂用研钵研细，并在压片机上以8～10mpa的压力压制15min,然后用筛子筛选出20～40目大小的催化剂颗粒备用；

s9：将原料煤与氧气和水蒸气反应，将原料煤气化制得粗煤气经变换、脱硫和脱碳处理，制成洁净合成气，合成气由一氧化碳和氢气组成，其中合成气的脱硫采用铁锰脱硫剂；

s10：将合成气与催化剂放置到反应器中，反应生成低碳烯烃产物，反应器为固定床反应器，其中反应器的操作条件是225℃、2.6mpa。

请参阅图2，随着mn的含量的增加催化剂的活性升高，低碳烯烃和选择性和烯烷比也随之增大，但是当mn继续增加，催化剂的活性开始下降，低碳烯烃的选择性和烯烷比也变小，当100fe5cu80cr时催化剂的活性最高，co转化率达到63.15％，相对于不加mn的催化剂，提高了16.3％，低碳烯烃的选择性是53.2％，烯烷比为4.35，分别提高15.28％和35.09％，mn的添加对催化剂的改性效果相当明显，从实验数据来看，催化剂的改性效果随着mn含量的增加，呈现出先提高后降低的趋势，说明对于制备高活性、高稳定性和对低碳烯烃具有高选择性的催化剂；

请参阅图3，cr0的转化率为32.73％，甲烷的选择性为22.76％，低碳烯烃的选择性为42.44％，烯烷比为3.68，当加入cr后，甲烷的选择性降低，co转化率、低碳烯烃选择性以及烯烷比都有较大幅度的提高，由数据可看出，催化剂cr5的费托效果最好，co的转化率为63.15％，甲烷的选择性降低至15.30％，低碳烯烃的选择性为53.42％，烯烷比为4.35，随着cr含量的进一步提升，co转化率、低碳烯烃选择性降低，甲烷含量增大，co转化率由cr5时的63.15％降低至21.97％，降低了一半还多，甲烷增加了一倍，由15.30％增加到了28.61％，烯烷比在cr50时反而达到了最高为5.48，co2的选择性先增加后降低，cr5时最高，说明一定量的cr促进了水煤气变化反应的进行，从整体趋势看，co转化率、低碳烯烃的选择性随着cr含量的增加呈现先上升后下降的趋势，甲烷的选择性随着cr含量的增加呈现先降低后上升的趋势，烯烷比呈现先提高后下降又提高的趋势，cr50催化剂的活性最低，co转化率只有21.97％，由图中的co转化率的变化曲线图可以看出，不含cr时催化剂在反应时间为4h时达到最高反应活性，诱导期时间短，在加入cr后，催化剂的诱导期延长，随着cr含量的增加诱导期先变长后变短。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。