一种催化剂的成型方法及其应用技术

本申请公开了一种催化剂的成型方法及其应用，所述成型方法包括：(1)将催化剂进行造粒，得到0.5～5mm的催化剂颗粒；(2)将所述步骤(1)得到的催化剂颗粒进行粉碎和筛选，得到30～80目的催化剂颗粒；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂颗粒与粒度为30～80目的粘结剂进行混合，然后进行压片成型，即可得到成型后的催化剂；所述催化剂包括活性组分；所述活性组分包括铁元素。本发明专利技术通过使粘结剂与催化剂活性组分形成强相互作用，强化二氧化碳加氢特定反应过程的原料分子吸附与催化过程，大幅提升了反应效率且保证了长时间高温反应条件下催化剂颗粒强度和性能的稳定。颗粒强度和性能的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂的成型方法及其应用


[0001]本申请涉及一种催化剂的成型方法及其应用，属于催化剂制备领域。

技术介绍

[0002]二氧化碳等温室气体导致全球变暖、海洋酸化等一系列重大环境问题。在自然界中，绿色植物可从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为有机物和氧气，但该过程缓慢，所以一直以来科学家们努力想通过化学转化的方式回收利用二氧化碳。二氧化碳虽然是主要的温室气体，但同时也是一种自然界大量存在的“碳资源”，若能借助可再生能源获取电能分解水制得的氢气，将二氧化碳转化为化学品或燃料，不仅能实现温室气体的减排，而且有助于解决对化石燃料的过度依赖以及可再生能源的存储问题。然而，二氧化碳的活化与选择性转化仍面临巨大挑战。相比于更活泼的孪生兄弟一氧化碳，二氧化碳分子非常稳定，难以活化，与经典的费托合成路线相比，二氧化碳与氢分子的催化反应更易生成甲烷、甲醇、甲酸等小分子化合物，而很难生成长链的液态烃燃料。
[0003]近年来，铁基催化剂被发现可通过辅以合适的助剂或第二组分高效催化二氧化碳和氢气生成C2以上甚至C5以上的长链液体燃料，在此过程中，铁催化剂可以催化逆水汽变换反应生成一氧化碳中间体，之后可继续加氢生成类似费托合成的长链产物，从而实现高碳烃的合成。然而，铁催化剂在规模化放大和长时间高温二氧化碳加氢反应过程中，存在颗粒强度不够，导致催化剂粉化而稳定性下降等问题。相比费托合成反应，在二氧化碳加氢中应用的铁催化剂需要更好的机械强度以保证在温度更高的条件下满足大规模应用的需要。因此，针对二氧化碳加氢反应，开发一种新型高效的铁基催化剂成型方法对于工业应用显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种催化剂的成型方法，成型方法包括：(1)将催化剂进行造粒，得到0.5～5mm的催化剂颗粒；(2)将所述步骤(1)得到的催化剂颗粒进行粉碎和筛选，得到30～80目的催化剂颗粒；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂颗粒与粒度为30～80目的粘结剂进行混合，然后进行压片成型，即可得到成型后的催化剂；所述催化剂包括活性组分；所述活性组分包括铁元素。本专利技术使用硅溶胶或水、高纯石墨与铁形成强相互作用，强化二氧化碳加氢特定反应过程的原料分子吸附与催化过程，大幅提升了反应效率且保证了长时间高温反应条件下催化剂颗粒强度和性能的稳定。
[0005]本专利技术针对二氧化碳加氢反应条件下对沉淀型无载体铁基催化剂的特点，开发了一种适应于规模化生产和应用的催化剂成型方法。本专利技术的目的是解决二氧化碳加氢催化剂铁催化剂在规模化放大和长时间高温二氧化碳加氢反应过程中，存在颗粒强度不够，导致催化剂粉化而稳定性下降等问题。
[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种催化剂的成型方法，所述成型方法包括：
[0007](1)将催化剂进行造粒，得到0.5～5mm的催化剂颗粒；
[0008](2)将所述步骤(1)得到的催化剂颗粒进行粉碎和筛选，得到30～80目的催化剂颗粒；
[0009](3)将所述步骤(2)得到的催化剂颗粒与粒度为30～80目的粘结剂进行混合，然后进行压片成型，即可得到成型后的催化剂；
[0010]所述催化剂包括活性组分；所述活性组分包括铁元素。
[0011]可选地，所述粘结剂选自石墨、石墨与水的混合物I、石墨与硅溶胶的混合物II中的至少一种。
[0012]可选地，所述石墨为高纯石墨，纯度大于99.9％。
[0013]可选地，在所述混合物I中，所述石墨和水的质量比为10:1-50:1；
[0014]在所述混合物II中，所述石墨和所述硅溶胶的质量比为10:1-50:1。
[0015]可选地，在所述步骤(3)中，得到的催化剂为圆柱形；
[0016]圆柱形催化剂的直径为4～6mm；高度为4～8mm。
[0017]可选地，圆柱形工业催化剂的直径
×
高度的规格为5
×
4mm～5
×
8mm，优选5
×
5mm～5
×
6mm。
[0018]可选地，在所述步骤(3)中，粘结剂与所述步骤(2)得到的催化剂颗粒的质量比为99:1
–
80:20。
[0019]本申请中，催化剂的活性组分为Fe3O4。
[0020]可选地，压片成型的压力为0.5～3.0MPa。
[0021]根据本申请的第二方面，提供了一种催化剂I，所述催化剂I选自根据上述成型方法制备得到的催化剂中的任一种。
[0022]根据本申请的第三方面，提供了一种二氧化碳加氢制备烃类化合物的方法，将含有二氧化碳和氢气的原料气，在催化剂的存在下反应，制备得到烃类化合物；
[0023]所述催化剂选自上述催化剂I中的任一种。
[0024]可选地，在所述原料气中，二氧化碳和氢气的体积比为1:1～1:6。
[0025]可选地，所述反应的条件为：反应温度为260～350℃；原料气的体积空速为500～20000h-1
；反应压力为0.5～4.0Mpa。
[0026]本申请中，采用高纯石墨与硅溶胶的混合物共同作为粘结剂，石墨和硅可对铁系催化剂形成协同作用，促进二氧化碳加氢反应的进行，此外，还可大幅提高催化剂的成型强度，尤其是侧压强度。
[0027]本申请能够产生的有益效果包括：
[0028]本专利技术中使用硅溶胶或水、高纯石墨与铁形成强相互作用，强化二氧化碳加氢特定反应过程的原料分子吸附与催化过程，大幅提升了反应效率且保证了长时间高温反应条件下催化剂颗粒强度和性能的稳定，符合工业化过程的需求。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0030]如无特别说明，本申请的实施例中的原料和试剂均通过商业途径购买。
[0031]铁催化剂制备方法采用专利(ZL201610830043.1)中描述的过程通过铁盐的沉淀法制得，助剂可选为钾、钠、锌中的一种或两种。
[0032]本专利技术所采用的催化剂反应性能评价过程如下：
[0033]采用流动的固定床反应器(反应器内直径为30mm)进行二氧化碳催化加氢的反应过程，并以在线及离线的气相色谱仪分析产物组成。反应前，将新鲜催化剂在400℃氢气或合成气条件下原位活化10小时以上。还原后将温度降至催化反应温度280～320℃。反应中原料气配比为CO2/H2＝1:3，体积空速控制为2000～10000h-1
,压力控制在1～4MPa。冷阱中加入辛烷做溶剂，用来捕捉重质烃。气相产物中CO、CO2及CH4组分由装有TCD检测器的在线气相色谱进行含量分析，而轻烃组分(C
1-C7)的含量可由另一台装有FID检测器的在线气相色谱分析。反应结束后，收集辛烷冷阱中的重质烃组分，并加入十二烷作为内标。液体组分由装有FID检测器的离线气相色谱进行分析。将气液相分析后的结果进行归一化，得到产物CO选择性S(CO)、烃组分选择性S(i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括：(1)将催化剂进行造粒，得到0.5～5mm的催化剂颗粒；(2)将所述步骤(1)得到的催化剂颗粒进行粉碎和筛选，得到30～80目的催化剂颗粒；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂颗粒与粒度为30～80目的粘结剂进行混合，然后进行压片成型，即可得到成型后的催化剂；所述催化剂包括活性组分；所述活性组分包括铁元素。2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述粘结剂选自石墨、石墨与水的混合物I、石墨与硅溶胶的混合物II中的至少一种。3.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于，在所述混合物I中，所述石墨和水的质量比为10:1-50:1；在所述混合物II中，所述石墨和所述硅溶胶的质量比为10:1-50:1。4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，得到的催化剂为圆柱形；圆柱形催化剂的直径为4～6mm；高度为4～8mm。5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，粘结剂与所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑，葛庆杰，位健，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：