费托合成文献汇报
费托合成工艺研究进展及现状
费托合成工艺研究进展及现状作者：姜岳林来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第10期摘要：为解决我国油品资源短缺的问题，开发了一种费托合成新工艺，将合成气（CO和H2）在催化剂的作用下合成各种碳数的烃类，为我国液体燃料的生产开发了新颖的合成方法。
本文分别综述了高温和低温下的费托合成工艺，并对固定床反应器、浆态床反应器和流化床反应器下的传统的工艺合成方法进行了分析和比较。
此外，提出了一种将费托合成融入到微反应器中的新方法，将成为未来的研究热点。
关键词：费托合成;固定床;浆态床;微反应器我国化石资源分布具有少油，有气，煤相对丰富的特点，据文献资料报道，未来我国即将成为最大的石油消费国[1]。
而近年来我国石油资源严重匮乏，仅依靠石油资源供应人类对油品的高度需求是不现实的，通过费托合成将煤、天然气和生物质转化的合成气在一定的温度条件和相应催化剂作用下生产某种液体燃料，对缓解资源消耗和人类需求具有很大的意义。
费托合成在反应过程中会放出大量的热，导致低碳数的烃类选择性变高而油品生成量降低，这对反应十分不利。
而且放出的热量同时也会造成催化剂局部过热，使催化剂失活或者积碳堵塞反应器床层。
因此，在实际的反应过程中需要及时的移走反应热，避免高温对反应的不利影响。
我国针对催化剂的设计方面和产物选择性分布方面开发了不同的费托合成工艺。
1 低温和高温合成工艺目前我国的费托合成工艺主要有高温费托合成工艺和低温费托合成工艺，所用到的催化剂有钴基催化剂和铁基催化剂。
低温合成工艺温度控制在200℃至240℃之间，主要包括固定床合成工艺和浆态床合成工艺，用于生产清洁柴油。
而高温合成工艺温度一般控制在300℃至350℃，适用氢碳比的范围比较广，催化剂一般用到熔铁催化剂，主要包括固定流化床合成工艺和循环流化床合成工艺，产物为汽油和烯烃。
1.1 低温合成工艺1.1.1 固定床合成工艺固定床反应器对催化剂本身的抗磨强度要求很低，同时受到原料合成气中微量硫化物的影响较小，而且催化剂与产品易于分离，因此可作为费托合成中一种首选的反应器。
铁基费托合成催化剂研究报告进展
铁基费托合成催化剂研究进展摘要费托合成(F-T合成)是实现煤间接液化技术的重要环节之一，其关键是开发高活性、选择性和稳定性的催化剂。
目前应用的费托合成催化剂主要有铁基和钴基催化剂。
铁基催化剂因价格低廉、催化活性和水煤气变换反响(WGS)活性高以及助剂效果明显，而在费托合成催化剂中占有重要的地位。
本文对近几年铁基催化剂的特点和开展状况进展了评述，着重分析了催化剂反响器、助剂和载体对其活性和选择性的影响。
关键词：费托合成,铁基催化剂,性能分析,影响因素AbstractFischer–Tropsch Synthesis is the realization of coal liquefaction indirectly the important link of the technology.One of the key is to develop highly active, selectivity and stability of catalysts. The current Fischer–Tropsch Synthesismainlycontains iron base catalysts and cobalt base catalysts. Iron base catalyst for low prices, catalytic activity and water gas transform reaction (WGS) high activity and obvious fertilizer effect cause to have an important position in the Fischer–Tropsch Synthesis. In this paper, the characteristics and development status ofthe iron base catalyst in recent years are reviewed andit focuses on the analysis of the catalyst reactor, additives and carrier on the influence of the activity and selectivity.Keywords: Fischer–Tropsch Synthesis, iron base catalysts, performance analysis, the factors of influence目录1 前言52 铁基催化剂的广泛应用63 铁基催化剂分类64 反响器的分类74.1列管式固定床反响器( TFB)84.2流化床反响器94.2.1循环流化床反响器94.2.2固定流化床反响器104.3浆态床反响器115 助剂的作用135.1电子型助剂135.1.1碱金属助剂135.1.2过渡金属Cu助剂145.1.3过渡金属Mn助剂155.1.4碱土金属助剂15 5.2构造型助剂165.2.1SiO2助剂175.2.2 Al2O3助剂176 催化剂载体186.1 SiO2载体186.2 Al2O3载体196.3介孔材料载体196.4 碳纳米管载体207 总结与展望21参考文献23致291 前言近年来，随着石油资源的逐渐耗竭以及世界围对新能源和资源需求的不断攀升，通过费托合成反响制备液体燃料或高附加值化学品的途径已获得广泛认可。
《新型载体以及共催化剂对钴基费托合成催化剂性能影响的研究》范文
《新型载体以及共催化剂对钴基费托合成催化剂性能影响的研究》篇一新型载体及共催化剂对钴基费托合成催化剂性能影响的研究一、引言费托合成是一种以天然气、合成气为原料生产液态烃的技术。
其中，钴基费托合成催化剂的性能起着决定性的作用。
为了进一步提升费托合成的反应效率和催化剂稳定性，新型载体的使用及共催化剂的添加已成为研究焦点。
本论文致力于探究新型载体和共催化剂对钴基费托合成催化剂性能的影响。
二、钴基费托合成催化剂的背景钴基费托合成催化剂是费托合成工艺中常用的催化剂，它对烃类的生产起着至关重要的作用。
然而，钴基催化剂的性能受到诸多因素的影响，如载体材料、制备工艺等。
因此，对新型载体和共催化剂的研究具有重要的理论和实践意义。
三、新型载体的研究（一）新型载体的选择新型载体的选择主要基于其热稳定性、孔结构、比表面积等因素。
如碳纳米管、金属氧化物等载体，具有较好的热稳定性和较高的比表面积，能有效提高催化剂的活性。
（二）新型载体的影响新型载体的使用可以显著提高钴基费托合成催化剂的分散性，增强其抗积碳能力，从而提高催化剂的活性和稳定性。
实验结果表明，使用新型载体的钴基费托合成催化剂在反应过程中表现出更高的催化活性。
四、共催化剂的研究（一）共催化剂的种类和作用共催化剂的添加可以改善钴基费托合成催化剂的还原性能和抗积碳性能。
常见的共催化剂包括钾、铯等碱金属以及稀土元素等。
这些共催化剂通过改变反应路径、促进碳的转化等方式，提高催化剂的活性和稳定性。
（二）共催化剂的影响机制共催化剂通过与钴基活性组分形成相互作用，影响反应物的吸附和活化过程，从而改变反应路径和产物分布。
同时，共催化剂还能通过提供额外的电子，增强钴基活性组分的还原性能，从而提高其抗积碳能力。
五、实验结果与讨论（一）实验方法与数据本部分通过设计一系列实验，探究新型载体和共催化剂对钴基费托合成催化剂性能的影响。
实验数据表明，使用新型载体的钴基费托合成催化剂在反应过程中表现出更高的催化活性；而添加共催化剂的钴基费托合成催化剂则具有更好的抗积碳性能和稳定性。
费托合成钴基催化剂的研究进展
在 150~350 oC 和 2.0~15.0 MPa 的反应条件下 , CO 催化加氢可以生成各种碳数的直链烷烃、 α-烯烃 及混合醇等有机化合物 , 此即费托合成 . 目前 , 南非 Sasol 公司和英荷 Shell 公司的费托合成技术已实现 工业生产
[1~3]
油产业的发展已具雏形 . 在煤和天然气资源洁净高 效利用和环境保护备受关注的大背景下 , 费托合成 技术的产业化对于我国煤炭资源的优化利用和能源 产品结构的调整均有着重大社会经济效益 . 费托合成技术产业化的同时又提出了新的基础 性研究课题 . 现有的合成油工艺路线一般须经过重 质烃 , 然后再加氢精制获得柴油 , 工艺冗长且能耗偏 高 . 这 是 由 于 费 托 反 应 的 特 点 ( 产 物 呈 AndersonShulz-Flory (ASF) 分布 ) 所致 . 因此 , 如何高选择性
Abstract: Fischer-Tropsch (F-T) synthesis is an important route to utilize fossil resources such as coal and natural gas. The key point is the control of catalyst selectivity, that is how to suppress methane formation and to improve distillate selectivity. In the past decade, Co-based F-T synthesis catalysts and related scale-up were investigated in our laboratory, including the relationship between cobalt dispersion, reducibility, and methane formation along with the hydrophobic modification and the core-shell structure. It was found that CH4 selectivity is correlated with the reducibility of cobalt, which depends on its particle size. Based on these, Co-based catalysts have been developed for the scale-up with the feature of low CH4 and high heavy hydrocarbon selectivity. Catalyst I is now subjected to the demo-plant of over 5 000 t/a, and Catalyst II (with much low CH4 selectivity) has operated for more than 8 000 h. Key words: Fischer-Tropsch synthesis; cobalt-based catalyst; selectivity control; organic-modification; methane selectivity
费托合成（F-T）综述
费托合成（F-T）综述综述F-T合成的基本原料为合成⽓，即CO和H2。
F-T合成⼯艺中合成⽓来源主要有煤、天然⽓和⽣物质。
以煤为原料，通过加⼊⽓化剂，在⾼温条件下将煤在⽓化炉中⽓化，然后制成合成⽓（H2+CO），接着通过催化剂作⽤将合成⽓转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程便是煤的间接液化技术。
煤间接液化⼯艺主要有：Fischer-Tropsch ⼯艺和莫⽐尔（Mobil）⼯艺。
典型的Fischer-Tropsch⼯艺指将由煤⽓化后得到的粗合成⽓经脱硫、脱氧净化后，根据使⽤的F-T合成反应器，调整合成⽓的H2/CO ⽐，在反应器中通过合成⽓与固体催化剂作⽤合成出混合烃类和含氧化合物，最后将得到的合成品经过产品的精制改制加⼯成汽油、柴油、航空煤油、⽯蜡等成品。
F-T合成早已实现⼯业化⽣产，早在⼆战期间，德国的初产品⽣产能⼒已到达每年66万吨[1] (Andrei Y Khodakov, Wei Chu, Pascal Fongarland. Chem. Rev. Advances in the Development of Novel Cobalt Fischer?Tropsch Catalysts for Synthesis of Long-Chain Hydrocarbons and Clean Fuels. 2007, 107, 1692?1744 )。
⼆战之后，由于⽯油的迅述兴起，间接液化技术⼀度处于停滞状态。
期间，南⾮由于种族隔离制度⽽被“禁油”，不得不⼤⼒发展煤间接液化技术。
但是随着70年代⽯油危机的出现，间接液化技术再次受到强烈关注。
同时，由间接液化出来的合成液体燃料相⽐由原油得到的燃料产品具有更低的硫含量及芳烃化合物[1]，更加环保。
80年代后，国际上，⼀些⼤的⽯油公司开始投资研发GTL相关技术和⼯艺[1]。
⽬前南⾮建有3座间接液化⼚。
马来西亚(Shell公司)和新西兰(Mobil 公司)各建有⼀座天然⽓基间接液化⼚。
《费托合成反应的催化剂制备和性能研究及其对生态环境的影响》范文
《费托合成反应的催化剂制备和性能研究及其对生态环境的影响》篇一摘要：费托合成反应作为替代能源技术，为缓解全球能源需求压力及应对生态环境问题提供了有效途径。
催化剂作为费托合成反应的核心，其制备和性能研究至关重要。
本文将详细探讨费托合成反应的催化剂制备方法、性能特点及其对生态环境的影响，以期为相关研究与应用提供理论支持和实践指导。
一、引言费托合成反应是一种将合成气（CO+H2）转化为液体燃料的技术。
在日益严峻的能源与环境压力下，费托合成反应成为了一种极具潜力的替代能源技术。
然而，催化剂作为该反应的关键组成部分，其性能直接决定了反应的效率和产物的品质。
因此，研究费托合成反应的催化剂制备和性能，以及其对生态环境的影响，具有重要的理论和实践意义。
二、费托合成反应催化剂的制备（一）原料选择费托合成反应催化剂的制备通常选择活性金属组分、载体及助剂等。
活性金属组分主要选择铜基、铁基等金属，载体则常采用氧化铝、二氧化硅等材料。
助剂的选择和添加可以改善催化剂的活性、选择性和稳定性。
（二）制备方法催化剂的制备方法主要包括浸渍法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等。
不同的制备方法对催化剂的结构、性能及活性具有重要影响。
目前，研究者们正致力于开发更加高效、环保的催化剂制备方法。
三、费托合成反应催化剂的性能研究（一）催化活性催化活性是评价催化剂性能的重要指标。
通过优化催化剂的组成、结构及制备方法，可以提高其在费托合成反应中的催化活性，从而降低能耗，提高产物收率。
（二）选择性催化剂的选择性决定了产物的品质和类型。
在费托合成反应中，研究者们致力于开发具有高选择性的催化剂，以实现更高效地转化合成气为高品质液体燃料。
（三）稳定性催化剂的稳定性是评价其性能的重要方面。
通过改进催化剂的抗积碳性能、抗中毒性能等，可以提高其在费托合成反应中的长期稳定性。
四、费托合成反应催化剂对生态环境的影响（一）降低碳排放费托合成反应通过将CO等气体转化为液体燃料，可以间接降低化石燃料燃烧产生的碳排放。
《2024年多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》范文
《多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》篇一摘要：本文以多层SiO2介孔球为载体，制备了钴基、钌基两种催化剂，并对其在费托（Fischer-Tropsch）合成反应中的催化性能进行了深入研究。
通过实验研究，分析了催化剂的制备方法、物理性质、结构特性及催化活性等关键因素，为进一步优化催化剂性能提供了理论依据和实验支持。
一、引言费托合成反应作为一种重要的能源生产方式，其核心在于催化剂的性能。
多层SiO2介孔球因其具有较大的比表面积和良好的化学稳定性，成为负载型催化剂的理想载体。
本文旨在研究以SiO2介孔球为载体的钴基、钌基催化剂在费托合成反应中的催化性能，以期为催化剂的优化设计和应用提供指导。
二、实验材料与方法1. 催化剂制备采用溶胶-凝胶法结合浸渍法，以多层SiO2介孔球为载体，制备钴基、钌基两种催化剂。
通过控制浸渍时间、温度及金属前驱体的浓度等参数，实现催化剂的制备。
2. 催化剂表征利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂的晶体结构、形貌及粒径进行表征。
同时，通过N2吸附-脱附实验测定催化剂的比表面积和孔径分布。
3. 费托合成反应实验在固定床反应器中，以CO和H2的混合气体为原料，进行费托合成反应实验。
通过调整反应温度、压力及气体流速等参数，考察催化剂的活性及选择性。
三、结果与讨论1. 催化剂的物理性质与结构特性通过XRD和TEM表征，发现钴基、钌基催化剂均成功负载在多层SiO2介孔球上，且具有良好的分散性和较小的粒径。
N2吸附-脱附实验结果表明，催化剂具有较高的比表面积和适宜的孔径分布。
2. 催化剂的费托催化性能实验结果表明，钴基、钌基催化剂在费托合成反应中均表现出较高的活性。
其中，钌基催化剂在较低的反应温度下表现出更高的活性；而钴基催化剂则在较高的反应温度下具有较好的稳定性。
此外，两种催化剂均能产生多种烃类产物，表现出较好的选择性。
3. 催化剂的优化方向通过对实验数据的分析，发现催化剂的活性及选择性受载体、金属种类、负载量以及反应条件等因素的影响。
《介孔碳负载钴基费—托合成催化剂催化性能究》
《介孔碳负载钴基费—托合成催化剂催化性能究》介孔碳负载钴基费-托合成催化剂催化性能研究一、引言费-托合成（F-T合成）是一种将合成气（CO+H2）转化为液体燃料的工艺，具有极其重要的工业价值。
然而，催化剂的活性、选择性和稳定性一直是制约F-托合成技术发展的关键因素。
近年来，介孔碳材料因其高比表面积、良好的孔道结构和优异的物理化学性质，在催化剂载体领域受到了广泛关注。
钴基催化剂作为F-T合成的常见催化剂之一，具有优良的活性和选择性，而其与介孔碳的复合有望进一步提升其催化性能。
本文以介孔碳负载钴基费-托合成催化剂为研究对象，深入探究其催化性能。
二、文献综述近年来，介孔碳负载钴基催化剂在F-T合成中的应用逐渐受到关注。
相关研究表明，介孔碳的高比表面积和良好的孔道结构能够有效地提高催化剂的分散性，增强催化剂与反应物的接触，从而提高反应活性。
同时，钴基催化剂的活性和选择性在介孔碳的支撑下得到了进一步的提升。
然而，关于介孔碳负载钴基费-托合成催化剂的催化性能及其作用机制的研究仍需深入。
三、实验方法本实验采用浸渍法将钴前驱体负载于介孔碳载体上，制备出介孔碳负载钴基费-托合成催化剂。
通过XRD、SEM、TEM等手段对催化剂进行表征，分析其结构、形貌和组成。
在固定床反应器中，以合成气为原料，考察催化剂的F-T合成性能，包括产物分布、选择性、转化率和稳定性等。
四、实验结果与分析1. 催化剂表征通过XRD分析，我们发现负载于介孔碳上的钴基催化剂具有明显的钴氧化物衍射峰，且峰型尖锐，表明钴氧化物在介孔碳上具有良好的分散性和结晶性。
SEM和TEM结果表明，介孔碳载体具有较高的比表面积和良好的孔道结构，钴颗粒均匀地分散在介孔碳上，形成了良好的催化剂体系。
2. 催化性能评价在F-T合成反应中，介孔碳负载钴基催化剂表现出较高的活性、选择性和稳定性。
与未负载的钴基催化剂相比，其转化率提高了约XX%，同时产物分布更加合理，重质烃和含氧产物的选择性得到显著提高。
《多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》范文
《多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》篇一一、引言随着能源的日益紧缺和环境保护的日益严格，寻求清洁、高效的能源转化途径成为科学研究的热点。
费托合成（Fischer-Tropsch Synthesis）作为一种重要的合成燃料技术，通过模拟天然气和生物质生成碳氢化合物的过程，具有重要的工业应用价值。
在费托合成过程中，催化剂的种类和性能对反应的效率和产物的选择性具有决定性影响。
本文针对多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能进行研究，以期为费托合成催化剂的优化提供理论依据。
二、研究方法1. 催化剂制备本研究采用溶胶-凝胶法，以SiO2为载体，制备出多层介孔球结构。
在此基础上，通过浸渍法将钴基、钌基活性组分负载于SiO2介孔球上，形成复合型催化剂。
2. 催化剂表征利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂进行表征，分析其晶体结构、形貌及元素分布。
3. 催化性能测试在费托合成反应器中，对制备的催化剂进行性能测试，分析其反应活性、产物选择性及稳定性等指标。
三、实验结果与讨论1. 催化剂表征结果XRD结果表明，钴基、钌基活性组分成功负载于SiO2介孔球上，且晶体结构良好。
TEM图像显示，多层介孔球结构使得催化剂具有较高的比表面积和孔容，有利于反应物和产物的传输。
2. 催化性能测试结果（1）反应活性：在相同的反应条件下，多层SiO2介孔球负载的钴基、钌基催化剂表现出较高的反应活性，较传统催化剂有明显的优势。
（2）产物选择性：该催化剂在费托合成过程中，对C5+烃类的选择性较高，即更倾向于生成较高级别的碳氢化合物。
（3）稳定性：在长时间的费托合成过程中，该催化剂表现出良好的稳定性，活性组分不易流失，催化性能持久。
3. 分析与讨论多层SiO2介孔球负载的钴基、钌基催化剂之所以具有优异的费托催化性能，主要归因于以下几点：首先，介孔球结构提供了较大的比表面积和孔容，有利于反应物和产物的传输；其次，钴基、钌基活性组分的引入，提高了催化剂的反应活性；最后，SiO2载体具有良好的热稳定性和化学稳定性，有助于保持催化剂的长期稳定性。
费托合成反应机理的研究进展
内蒙古工业大学学报JOU RNAL O F I NN ER M ON GOL I A第18卷 第2期 POL YT ECHN I C UN I V ER S IT Y V o l.18N o.21999 文章编号:1001-5167(1999)022*******费托合成反应机理的研究进展Ξ马文平1,刘全生2,赵玉龙1,周敬来1,李永旺1(1.中国科学院山西煤炭化学研究所,煤转化国家重点实验室,太原,030001;2.内蒙古工业大学化学工程系,内蒙古呼和浩特,010062)摘要:本文评述了费托合成反应机理的近期研究进展.详细讨论了费托合成反应碳化物机理基础上的烯烃再吸附理论.并指出随着表面科学技术的发展,深入到催化剂活性中心研究费托反应行为是深入认识费托反应机理的有效方法.这为费托合成反应机理及机理动力学的研究提供了新的方向和依据.关键词:费托合成;反应机理;烯烃再吸附中图分类号:TQ032 文献标识码:A0 引 言 CO+H2合成烃的费托合成反应(F ischer2T rop sch Syn thesis)是将煤或天然气转化为发动机燃料的重要途径之一.该反应体系是复杂强放热反应体系.根据催化剂的不同,可以生成烷烃、烯烃、醇、醛、酸等多种有机化合物.因此,费托合成反应是一个复杂的过程.多年来,研究者对这一反应过程进行了深入广泛的研究,通过设想在费托合成反应中形成含有C、H、O不同中间体的途径,提出了各种各样的反应机理.已提出的这些反应机理虽在一定程度上得到实验事实的支持,但关于表面机理的确切证据尚显缺乏,迄今仍未得到共识.通常,测试手段的先进与否在一定程度上是反应机理正确描述反应过程的关键.早期建立的费托反应机理几乎都是采用如下两种方法进行的:一是通过追寻示踪物在反应前后的变化来推断反应的基元过程,进而建立反应机理,这种方法在早期费托反应机理的研究中采用较多;二是通过分析催化动力学数据,从微观反应机理的宏观体现来推测产物的形成途径.基于这些研究手段,早期费托反应的研究者建立了数种反应机理,在一定范围内反映了费托合成产物分布的规律.如A nderson2Schu lz2F lo ry (A SF)分布规律.然而,这些反应机理的共同不足都是不能解释费托反应产物分布的异常情况(如C10-C13出现的BR EA K现象).近期对费托反应机理的研究不再局限于上面的两种方法,已运用现代表面科学技术的手段进行反应过程中催化剂表面组成变化、吸附物种的行为、不同碳数增长和分布等问题的研究,并根据取得的信息确定反应中的基元过程.因此,近期表面科学技术的应用为费托反应机理的研究增添了新的内容.然而,表面科学手段在远离真实费托合成条件下所得到的信息在多大程度能反应,此反应过程的表面机理仍未能有肯定的答案.目前不少学者提出了C2活性物种理论、烯烃再吸附的碳化物理论等,这些理论较为理想地解释了费托合成反应中出现的特殊产物分布现象,是早期费托合成机理的有益补充.1 经典费托合成反应机理Ξ收稿日期:1998203220作者简介:马文平(1971～),男,工学博士,辽宁大连大学化工系. 早期学者曾提出十余种费托合成反应机理模式〔1〕,但得到较大范围认可的经典费托反应机理主要有如下四种:碳化物机理,含氧中间体缩聚机理,CO插入机理和双中间体机理.有关经典费托合成反应机理在许多文章中都进行过报道,在此不再赘述,仅作一简要总结(见表1).表1 经典FT反应机理总结机 理提出者机理内容优缺点中间体参考文献碳化物机理F isher&T rop sch CO在催化剂表面上先离解形成活性碳物种,该物质和氢气反应生成亚甲基后再进一步聚合生成烷烃和烯烃能解释各种烃类的生成,但无法解释含氧化合物与支链产物的生成.M—C〔2〕含氧中间体缩聚机理Sto rch&A nderson链增长通过CO氢化后的羟基碳烯缩合,链终止烷基化的羟基碳烯开裂生成醛或脱去羟基碳烯生成烯烃,而后再分别加氢生成醇或烷烃能解释直链产物和22甲基支链产物的形成,但忽略了表面碳化物在链增长中的作用M COHR〔28〕CO插入机理P ich ler&Schu lzCO和H2先生成甲酰基后,进一步加氢生成桥式亚甲基物种,后者可进一步加氢生成碳烯和甲基,经CO在中间体中反复插入和加氢形成各类碳氢化合物除可解释直链烃形成过程外,还可解释含氧化合物的形成过程,但不能解释支链产物的形成M(CO)nCH3〔12〕双中间体缩聚机理N ijs&Jacob s同时考虑了碳化物机理和含氧中间体缩聚机理,认为甲烷的形成经碳化物机理而链增长按中间体缩聚机理能解释甲烷不符合Schu lz2F lo ry分布的原因,但不能解释支链产物的形成M-CM CHOH〔3〕 从上面看到,经典费托合成反应机理仍有不足之处,特别在解释产物分布偏离A SF分布现象上不能得到理想的结论.近年来,为了解决这些问题,学者们提出了各种机理模型.2 C2活性物种理论 由经典费托合成反应机理看,费托反应机理可分为两类.一类是CO解离吸附的,如碳化物机理.另一类是CO非解离吸附的,如缩聚机理或CO插入机理等.目前已经认识到,在典型费托合成催化剂上CO均能容易地解离,并在催化反应的初期阶段,该过程是催化活性表面形成的主要条件.同时,形成的表面碳物种进一步氢化产生亚甲基物种,而亚甲基物种的聚合促进了碳链的增长〔4,8〕,这也是现代碳化物理论的中心内容.而J.P.R eym ond〔5〕也报道了相似的结论.他指出CO解离吸附后,碳原子吸附在还原的Fe上是费托合成反应碳物种的来源,而活性碳物种则是碳氢化合物的主要来源.在此基础上他提出还原态催化剂上还原解离机理:Fe(s)+CO Fe(s)O+C(active)Fe(s)O+H2Fe(s)+H2OC(active)+H2-CH2-副反应:C(active)C(inactive)xFe+C(active)Fe(x)C M i m s等〔6〕研究了在Fe、Co、R u催化剂上碳氢化合物的增长机理,他用含13C示踪物的CO瞬时切换12CO,通过分析嵌入碳氢化合物中13C的位置,说明了C2本体作为链引发物种的情况;在此研究中,作221内蒙古工业大学学报1999年者还计算了不同碳数碳氢化合物的生成速率,得到一系列可靠的结论.他认为C 2链的形成过程相对较慢,亚乙烯基(CH 2=C )、亚乙基(CH 3-CH =)作为C 2中间体在催化剂表面逐渐形成.但C 2中间体一旦产生后非常活跃,便迅速地与其它引发物进行链增长反应.McCandlish 〔7〕基于费托合成产物中含少量而稳定的甲基支链产物,提出一个C 2活性物种理论,该理论更好地解释了支链产物的形成.这个机理的中心内容是费托反应的链引发物种亚乙烯基(N =C =CH 2)金属化合物是由表面自由碳原子与亚甲基(CH 2)反应形成,之后亚乙烯基与催化剂表面活泼的亚甲基物种反应形成环丙亚稀金属化合物,然后这个化合物中碳原子进行重排,形成直链中间体(L oop A )和支链中间体和支链中间体(L oop B )两种情况.而这两种中间体则继续与亚甲基进行链增长,最终形成直链化合物和支链化合物(如下图所示): B ell 和Shu sto rovich 等〔8〕采用经验计算法Bond O rder Con servati on M o rse Po ten tial (BO C 2M P ),研究了过渡金属催化剂上费托产物的形成机理,机理中同时考虑了碳化物和CO 的非解离插入.他们通过计算估计了可能存在中间体的化学吸附热及各基元反应的活化能,指出了CO 在铁基催化剂上解离的自发性及C 2物种与烷基的形成方式,并认为CO 在这些催化剂上首先吸附后形成中间物种而解离的,即:CO (g )+s =CO g,s =C s +O s .计算表明,CH 2插入碳金属键(C 2M )中的能垒小于CO 插入C 2M 链中的能垒,因而CH 2插入碳金属链(C 2M )中是形成C 2物种及烷基烃的重要途径;同时作者从理论计算得到链终止时H 在Β位消去的能垒小于Α位加H 的能垒,从而一定程度上解释了费托产物中烯烃多于烷烃的可能性.另外,作者也从初步估算得到CO 插入碳金属链(C 2M )形成酰基(RCO )中间体的结论,说明了含氧化合物形成的原因.3 烯烃重吸附的碳化物理论 近年来,基于催化剂表面科学技术和实验现象,学者们发现了费托反应中烯烃对产物分布的影响效应.他们从烯烃在费托反应中的插入、异构化、及烯烃的再吸附等方面进行了研究.但对于烯烃再吸附的研究在八十年代前一直没有受到学者们足够的重视.事实上对于烯烃作为链引发物种重吸附到催化剂表面的现象早在1930年Sm ith 等〔9〕在Co -Cu -M g 催化剂上进行费托合成反应时就已发现了,他们将组成为H 2∶CO ∶C 2H 4=1∶1∶1的混和气加入反应器进行反应,结果较高碳数的碳氢化合物和氧化物的速率都有一定的增加;而C raxfo rd 等〔10〕用H 2∶CO ∶C 2H 4=2∶1∶1的混和气在100Co ∶18T hO 2∶100K ieselguh r 催化剂上进行的费托反应研究中亦发现C 2H 4的再吸附和强反应性使油和氧化物的含量增加的规律.这些实验结果已表明,烯烃作为费托合成反应产物会重新在催化剂表面上吸附,并再次参与费托合成反应.目前,对于烯烃重吸附的研究,已引起众多学者广泛的兴趣.Ekerdt 和B ell 〔11〕在R u 催化剂上证实了费托反应中烯烃同亚烷基(RCH =C )或烷基(RCH 3)吸附反应的情况.他们在H 2∶CO =2的反应体系中加入C 2H 4,并在80分钟后取消乙烯的加入来观察加入乙烯前后产物组成浓度的变化.结果发现,当加入乙烯之后,费托合成产物的组成发生改变,C 3+碳氢化合物的浓度较加入C 2H 4前后有明显的增加,并得出有17%的C 2H 4进行了转化,而在添加C 2H 4之前,产物的组成几乎没有发生改变,这与P ich ler 〔12〕及Emm et 〔13〕得到一致的结论.之后Kellner 和B ell 〔14〕也考查了乙烯在R u A l 2O 3催化剂上吸附效应,同样证实了烯烃的再吸附现象.接着,不少学者对费托反应中烯烃再吸附现象也进行了验证.Boelee 等验证了铁基催化剂上C 2H 4对合成反应的影响,结果表明C 3+碳氢化合物产物速率提高〔15〕..〔16〕在研究费托反应中乙烯的321第2期马文平等 费托合成反应机理的研究进展添加效应时得到了同样的结论,同时他在文章中指出C 2H 4可作为链引发物又重新链入碳链中是C 3+化合物速率增加的原因.但其是否影响CH 4的生成则有不同的认识.C raxfo rd 认为乙烯的加入亦可增加CH 4的生成速率〔10〕,而K ibbg 〔17〕的结论恰恰相反.B ell 〔18〕近期根据众多学者对烯烃在FT 反应中的影响推荐如下机理假定:(1)C 2H 4既不吸附也不裂化为CH 4产物;(2)表面C 2物种作为链引发物种,C 2H 4的加入会链入反应碳链中,使C 3+反应速率增加;(3)C 2H 4的加入不妨碍CO 氢化和表面的聚合步骤;(4)CH 2是CO 解离吸附后表面碳化物中氢化形成的.M o rris 等在R u Si O 2、R u B x 2Zeo lite 催化剂上同时研究了乙烯与丙烯的添加效应,结果发现,在相同条件下当将C 2H 4和C 3H 6分别加入费托反应体系时,较高碳氢化合物的产量有不同程度的增加,而CH 4的形成速率没有任何变化〔19〕.M o rris 的研究说明在费托反应体系中烯烃作为费托合成产物之一,在反应条件下可继续聚合或再吸附.而Dw yer 等从乙烯与丙烯在费托反应中的二次反应研究中同样表明费托反应产生的Α2烯烃可再吸附到催化剂上,生成较高碳数的碳氢化合物〔20〕.R uud 的研究结果是烯烃再吸附理论更为有力的支持〔21,22〕.他考查了费托合成的初始产物C 3H 6和C 4H 8在费托合成反应中的二次反应情况.在对这两种物质的研究中都发现C 3H 6和C 4H 8作为链引发物种或链增长物种,通过同时进行的链分裂、链形成过程发生氢解、插入和再吸附反应,这在一定程度上改变了碳氢产物的分布.同时,该作者根据可靠的实验数据提出如下费托机理:在正常情况下,形成的初始产物烯烃在合成体系中会再吸附或重新参与反应,而烯烃再吸附到活性中间体上的速率随烯烃中碳数的增加而减小.因此,对于费托反应中基于碳化物机理上的烯烃再吸附理论,得到了大量实验事实的支持,目前众多学者在该方面得到一致结论:烯烃的重吸附部分在催化剂表面上参与链引发和链增长,而一部分将和吸附的CO 和H 2反应,形成更多碳数的烃类物质.至于烯烃是否影响CH 4的生成速率,目前仍无定论.4 网络反应机理 美国加州大学的Rofer 2D epoo rter 根据反应中间体来自不同的反应途径,且生成不同产物的事实,提出了费托合成反应体系中基元反应间相互交叉的网络机理模型〔23〕.该网络机理模型将费托合成反应分为四个阶段:反应物的吸附;吸附态中间体的相互作用;链增长和氢化;产物的形成.其特点是引入相对速率的概念来解释具体问题.该网络机理认为费托反应中可能的基元反应都会存在,一种基元反应将会出现则说明在反应条件下这一反应的相对速率远离零.因此,Rofer 2D epoo rter 提出的网络机理为费托反应机理的研究指出了一条新的思路.5 费托合成反应聚合机理的其它观点 Petter 等〔24〕在早期F ischer 与T rop sch 提出的亚甲基聚合理论基础上于1980年对之进行了补充,提出了FTB PB S (R evised F ischer T rop sch B rady Petter B iloen Sach ler )机理,其基本内容为CO 在催化剂表面上同时进行吸附和氢化解离,形成碳化物、亚甲基、甲基等链引发物种,该过程如下: 然而,多数学者指出FTB PR S 机理并不能解释支链化合物的形成,而且该机理指出的C 2碳氢化合物的形成速率太慢,与其它聚合步骤相比差别较大.八十年代末,M aitlis 研究了氧化硅为载体、钾氧化物为助剂的Fe 或R u 催化剂上的费托合成反应,提出了费托合成反应聚合机理观点〔24,25〕.其基本假设为:(1)在费托反应条件下,最慢的步骤是C 2物种形成步骤,这与动力学实验结果符合,C 2物种一旦形成,便是一个非常活跃的单体.(2)形成的正碳离子在中间体中可进行重排,(3)在环系上可进行1、2氢的移位,形成较高C 数的单体.在此基础上,他认为亚甲基与甲基形成Ρ或Π乙烯基C 2物种,该物种可插入有机金属键中形成Ρ或Π链烯基化合物(2)421内蒙古工业大学学报1999年增长,而链终止则通过在金属氧化物或B ron sed 酸上断裂金属碳链形成12烯烃或22烯烃.同时该机理涉及的烯丙基中间物一定程度解释了支链碳氢化合物的形成.因此M aitlis 提出的机理以链烯基为引发物而非FTB PB S 机理中认为的烷基,更好地解释了12烯烃为初始产物及支链产物的形成过程.最近,R uhk sana Q uyoum 等采用〔13〕C 的示踪物研究了费托合成反应机理,又提出了一个链烯基机理,其引发物种也是CH 2与CH 形成的乙烯基(CH 2=CH ),而亚甲基插入金属碳链中进行链增长,从而生成直链和支链碳氢化合物〔26〕.D ry 〔27〕近期报道的费托合成反应机理为费托合成机理增添了新内容.该机理与前人观点不同之处在于增长的碳链两端与催化剂活性中心接触,中间体认为是:从该中间体看出由于R 的立体位阻效应,CH2链增长单元在a 位上插入,聚合过程如下: 当这两种链增长产物分别脱附时即形成12烯烃或22烯烃或继续进行氢化形成烷烃产物.D ry 报道的这一机理一定程度反映了产物分布的A SF 分布规律,同时对费托合成产物主要为直链烷烃和12烯烃产物中烯烷比高于热力学预测值及支链的出现随碳数升高而减少的现象给予解释.6 费托合成产物中含氧化物形成机理 众所周知,费托合成产物中总含有少量含氧化合物,但多数学者过去在费托合成反应机理研究中对含氧化合物的形成研究甚少.A nderson 〔28〕与P ich ler 〔12〕提出的含氧中间体缩聚机理与CO 插入机理中包括了羟基碳烯(M =CHO H )中间体,该中间体通过氢化形成各类含氧化合物.之后,Joachi m H acken 2b ruch 〔29〕从CO 插入金属链入手解释了费托产物中含氧有机物的生成,其形成过程表示为: 多数醇、醛、酮的形成途径与此相同.目前,D ry 报道了费托反应体系中含氧化合物形成的两种途径〔27〕.一种含氧化物的形成是在链终止时插入不同氧化物种而实现,如:RCH 2CHM O RCH 2CHO O H RCH 2COO H另一种途径则是通过CO 插入金属环丙烷中间体中,形成各类含氧有机化合物,如:521第2期马文平等 费托合成反应机理的研究进展621内蒙古工业大学学报1999年 费托反应产物中有机氧化物的出现,说明含氧化合物的形成亦必然有一定的生成途径,但是目前对于费托产物中含氧化合物的形成机理的研究同碳氢化合物形成机理的研究一样仍未得到一致的结论.于是一些学者试图从催化剂的核心2活性中心来解释有机氧化物的形成,提出了碳氢化合物与含氧有机化合物在催化剂的不同活性中心上生成的理论〔30〕.7 讨 论 迄今,已有大量文献报道了费托合成反应机理,但依旧众说纷纭.虽然CO在铁基催化剂表面解离的事实成为碳化物机理的重要依据,但氧化物机理、CO插入机理在一定程度上也得到了实验事实的支持.因此可以推测在复杂费托反应体系中可能不存在单一的反应机理.费托合成产物分布最终受几种反应机理共同制约,比如CO在催化剂表面上同时进行解离与不解离吸附已成为事实.L ox与F rom en t〔3〕首次精心设计研究了沉淀铁催化剂上复杂动力学,据报道这些动力学表达式符合碳化物机理.然而动力学表达式是建立在回归反应器出口合成气和C10以下羟类组成基础上的,更高碳数的烃类和氧化物等产物在动力学模拟中没有考虑,尽管外推可以预测更高碳数产物分布,但可靠性值得怀疑.近期刘昭铁、李永旺〔32〕推出Fe2Cu2K催化剂上的钝化本征动力学,符合烯醇机理模型,但由于实验数据采用了高度集总处理,因而未能体现水煤气变换反应的影响效应.所以将来从几种机理综合考虑来研究费托反应动力学将是一种有意义的尝试.总之,以前对费托反应机理的探索都是从催化剂表面或反应的宏观体现所获得的信息进行的,还不能深入到费托反应在催化剂活性中心上的行为本质中去,这或许是受到目前研究手段的限制所致.可以预见随着表面科学技术的进步,将来从催化剂活性中心上洞察费托反应行为可能会真正展示出费托合成反应机理的本质.致谢:本项目得到了中国科学院留学生择优基金的部分资助,在此深表谢意.参考文献:[1] 张碧江主编.煤基合成液体燃料[M].太原:山西科学技术出版社,1993.48.[2] F.F ischer,H.T rop sch,Bernn st.Chem[J].1926,59:830.[3] H.H.N ijs,P.A.Jacob s.,J.Catal[J].1980,66(2):401.[4] 郑绳安.刘旦初等.物理化学学报[J].1993,6(5):486.[5] J.P.R eymond.,J.Catal[J].1982,75(1):39.[6] C.M.M i m s,L.E.M cCandlish,M.T.M elch i o r.,Catal.L ett[J].1988,1:121.[7] L.E.M cCandlish.,J.Catal[J].1983,83(2):362.[8] E.Shu sto rovich.,Su rface Science[J].1991,248:359.[9] D.F.Sm ith,C.O.H aw k,P.L.Go ldhn.,J.Am.Chem.Soc[J].1930,52:3221.[10] S.R.C raxfo rd.,T ran s.Faraday.Soc[J].1939,35:946.[11] 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:R ecen t advances in the m echan istic study of F ischer 2T rop sch syn thesis are summ arized in th is review .T he o lefin readso rp ti on m echan is m based on the carb ide m echan is m is stressed in dep th .Fu rther ,it is po in ted ou t that an effective app roach to the study of F ischer 2T rop sch m echan is m ex ists in connecti on w ith the u tilizati on of techno logies of su rface science ,w h ich m ay ,as a u sefu l too l ,p rovide a w ay to understand the F ischer 2T rop sch reacti on m echan is m at the level of even ts over the active site catalyst su rface .T h is p ap er gives a new directi on fo r the k inetics study of the reacti on sys 2tem .Keywords :F ischer 2T rop sch syn thesis ;reacti on m echan is m ;o lefin readso rp ti on 721第2期马文平等 费托合成反应机理的研究进展。
翟裕 费托合成 机理综述
费托合成反应机理综述化工学院能源化工翟裕 2011115287摘要：本文讨论了费托合成反应的几种理论. 并指出随着表面科学技术的发展, 深入到催化剂活性中心研究费托反应行为是深入认识费托反应机理的有效方法. 这为费托合成反应机理及机理动力学的研究提供了新的方向和依据.关键词:费托合成；反应机理；碳化物机理；缩聚机理或CO插入机理引言：费托合成反应( Fischer -T ropsch Synthesis) 是以合成气，在金属催化剂的作用下生成各种烃类和含氧化合物的过程，是将煤或天然气转化为发动机燃料的重要途径之一. 该反应体系是复杂强放热反应体系. 根据催化剂的不同, 可以生成烷烃、烯烃、醇、醛、酸等多种有机化合物.主要反应如下：(2 n + 1) H2 + n CO →C n H2 n+2 + n H2O (1)2 n H2 + n CO →C n H2 n + n H2O (2)2 n H2 + n CO →C n H2 n+2O + ( n - 1) H2O (3)CO + H2O →CO2 + H2 (4)式(1) 和式(2) 为生成直链烷烃和12烯烃的主反应;式(3) 为生成醇、醛等含氧有机化和物的副反应;式(4) 是费托合成体系中伴随的水煤气变换反应,费托反应机理可分为两类. 一类是CO 解离吸附的, 如碳化物机理. 另一类是CO 非解离吸附的, 如缩聚机理或CO 插入机理等. 目前已经认识到, 在典型费托合成催化剂上CO 均能容易地解离, 并在催化反应的初期阶段, 该过程是催化活性表面形成的主要条件. 同时, 形成的表面碳物种进一步氢化产生亚甲基物种, 而亚甲基物种的聚合促进了碳链的增长.1.碳化物机理表面碳化物机理首先由Fischer和Tropsch提出作者根据Fe、Ni、Co等金属单独和CO反应时都可生成各自的碳化物，而后者又能加氢转化为烃类的事实认为当CO和H2同时和催化剂接触时，CO 首先在催化剂表面上先离解形成活性碳物种,该物质和氢气反应生成亚甲基后再进一步聚合成烷烃和烯烃。
费托合成反应器的技术进展
床 三种反应器的托 最 进行了 分析对比。 因幕态床 具有生产托力 大． 传热效率 高， 可在线更新催化剂， 制造成本低等优点， 也是 费托舍威工业开发 的主要发展方 向。 浆态床反应 器开发的关键是 固液．分离。 反应热移取 。 气体分布器的研 究和开发 。 关键词 ： 费托合成 固定床 流化床 浆态床 固液分 离
创 新 技 术
Ｓｃｉ ｅｎ ｃｅ ｅ ｎ ｄ Ｔｅ ｃｈ ｎ ｏｌ ｏｇｙ Ｉ ｎｎ ｏｖｅ ｔ ｉ ｏｎ Ｈｅ ｒ ａ ｌ ｄ
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费托合成反应器 的技术进展
徐 志新 （ 神华新疆 吐鲁番煤 化工有 限责 任公司
摘
新疆吐鲁番
８ ３ ８ １ ０ ０ ）
要： 费托合成反应器是 间接液化的核心技 术之一。 谈文介 绍了 费托合成反 应器的种类、 特点及其主要开发过程 ， 对固定床 ， 漉化床和浆态
ＸＵ Ｚ ｈ ｉ ｘ ｉ ｎ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｈ ｕ ａ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｔ ｏ Ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ． 。 Ｌ ｉ ｄ ． Ｘ ｉ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｔ ｕ ｒ ｐ ａ ｎ ． ８ ３ ８ １ ０ ０。 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ｉ ｓ ｃ ｈ ｅ ｒ － Ｔ ｒ ｏ ｐ ｓ ｃ ｈ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ（ Ｆ Ｔ Ｓ ）ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｉ ｑ ｕ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ
费托合成工艺研究进展及现状
费托合成工艺研究进展及现状为解决我国油品资源短缺的问题，开发了一种费托合成新工艺，将合成气（CO和H2）在催化剂的作用下合成各种碳数的烃类，为我国液体燃料的生产开发了新颖的合成方法。
本文分别综述了高温和低温下的费托合成工艺，并对固定床反应器、浆态床反应器和流化床反应器下的传统的工艺合成方法进行了分析和比较。
此外，提出了一种将费托合成融入到微反应器中的新方法，将成为未来的研究热点。
标签：费托合成;固定床;浆态床;微反应器我国化石资源分布具有少油，有气，煤相对丰富的特点，据文献资料报道，未来我国即将成为最大的石油消费国[1]。
而近年来我国石油资源严重匮乏，仅依靠石油资源供应人类对油品的高度需求是不现实的，通过费托合成将煤、天然气和生物质转化的合成气在一定的温度条件和相应催化剂作用下生产某种液体燃料，对缓解资源消耗和人类需求具有很大的意义。
费托合成在反应过程中会放出大量的热，导致低碳数的烃类选择性变高而油品生成量降低，这对反应十分不利。
而且放出的热量同时也会造成催化剂局部过热，使催化剂失活或者积碳堵塞反应器床层。
因此，在实际的反应过程中需要及时的移走反应热，避免高温对反应的不利影响。
我国针对催化剂的设计方面和产物选择性分布方面开发了不同的费托合成工艺。
1 低温和高温合成工艺目前我国的费托合成工艺主要有高温费托合成工艺和低温费托合成工艺，所用到的催化剂有钴基催化剂和铁基催化剂。
低温合成工艺温度控制在200℃至240℃之间，主要包括固定床合成工艺和浆态床合成工艺，用于生产清洁柴油。
而高温合成工艺温度一般控制在300℃至350℃，适用氢碳比的范围比较广，催化剂一般用到熔铁催化剂，主要包括固定流化床合成工艺和循环流化床合成工艺，产物为汽油和烯烃。
1.1 低温合成工艺1.1.1 固定床合成工艺固定床反应器对催化剂本身的抗磨强度要求很低，同时受到原料合成气中微量硫化物的影响较小，而且催化剂与产品易于分离，因此可作为费托合成中一种首选的反应器。
费托合成工艺学习报告本科
费托合成工艺学习报告本科YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020关于煤间接液化技术“费-托合成”的学习报告报告说明F-T合成作为煤的间接液化的重要工艺，有着广泛的应用。
本文将分别报告作者在F-T合成的基本原理、高低温工艺、催化剂以及F-T合成新工艺的学习情况。
在以上学习的基础上，报告末尾有本人对F-T合成工艺改进的一点设想和建议。
一、F-T合成的基本原理主反应生成烷烃：(1)(2)生成烯烃：(3)(4)副反应生成含氧有机物：(5)(6)(7)生成甲烷：(8)积碳反应：(9)歧化反应：(10)F-T合成利用合成气在炉内反应生成液体燃料，1-4式为目标反应，其中1和3是生产过程中主要反应。
其合成的烃类基本为直链型、烯烃基本为1-烯烃。
5-7式会生成含氧有机物的反应会降低产品品质；8式生成甲烷虽然是优质燃料但价值不高（原料合成气也为气体），往往需要分离出来进行制氢，构成循环；积碳反应主要是会对催化剂产生影响，温度过高时积碳反应产生的碳会镀在催化剂上（结焦现象），堵塞孔隙，造成催化剂失效。
二、高温工艺与低温工艺反应温度不同，F-T合成液体产物C数目也不同（或者说选择性不同），基本上呈温度变高，碳链变短的趋势。
低温工艺约在200-240摄氏度下反应，即可使用Fe催化剂也可用Co系催化剂，后者效果较好，产物主要是柴油、润滑油和石蜡等重质油品。
高温工艺约在350摄氏度情况下反应，一般使用熔铁催化剂，产品主要是小分子烯烃和汽油。
由于温度不同，高低温工艺采用的反应器也有所不同，低温工艺主要采用固定床反应器、浆态床反应器；高温工艺主要用循环流化床、固定流化床反应器。
下面关于首先报告我对反应基本流程的认识首先无论何种反应器都需要先将合成气和循环气加热到一定温度后输入反应器，再经过均布装置将合成气均匀散开，之后进入反应段。
由于炉内反应基本为强放热反应，对于低温工艺需要设置通水的管道利用水汽蒸发转移热量提高效率，而高温工艺由于强烈的对流换热所以并不要求特殊的冷却系统。
费托合成催化剂的研究进展1
费托合成催化剂的研究进展由于我国能源结构，作为一个富煤、有气、少油的国家，我国自1993年以来，已成为原油及其产品进口国，对外依存度过高，加之中国经济及其汽车需求的增长，石油供需矛盾日益突出，已关系到我国能源战略安全，近两年来，石油价格走高，其价格波动很大，且大部分时间都维持在高位运行，预计今后石油的价格很难再会走低不久前的能源短缺，价格飞速上涨，多地出现油荒即是个很好的证明。
加之近年来环保呼声越来越高，费托合成以煤及天然气制取燃料，切无硫无氮低芳烃含量，油品质量符合环保要求，再次成为研究热门。
费托(Fischer-Tropsch，F-T)合成是煤和天然气转化制取液体燃料的重要途径，其研究目的是通过催化剂的选择、反应器和操作条件的优化，来获得高选择性的重质烃(C5+以上)产物[1-2]，其中通过精制和裂解产物蜡可获得优质柴油和航空煤油[3]等，这些产物不含硫化物和氮化物，是非常洁净的马达燃料。
我国只有合理利用煤炭、天然气资源才可以摆脱能源结构对于石油资源的依赖。
近年来，随着该技术在Sasol公司和Shell公司的大规模应用，越来越多的能源工业开始考虑应用该技术以缓解日益严峻的石油危机[4]。
1 国内外费托合成发展状况1.1 国外费托合成发展状况1923 年，德国的Fischer和Tropsch利用碱性铁屑作催化剂，在温度400℃~455℃，压力10~15MPa条件下，发现CO和H2可反应生成烃类化合物与含氧化合物的混合液体。
此后，人们把合成气在铁或钴催化剂作用下合成烃类或醇类燃料的方法后被称为F-T合成法[2]。
所谓F-T合成，就是CO在金属催化剂上发生非均相催化氢化反应，生成以直链烷烃和烯烃为主的混合物的过程。
1925年至1926 年他们又使用铁或钴催化剂，在常压和250℃~300℃下得到几乎不含有含氧化合物的烃类产品。
此时Fischer和Tropsch在常温下合成高分子烃，并认为Co、Ni可能是最有发展前途的催化剂。
《多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》范文
《多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的费托催化性能的研究》篇一摘要：本文研究了一种新型的催化剂——多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂，针对其在费托（Fischer-Tropsch）合成反应中的催化性能进行了深入探讨。
通过对比实验和理论计算，本文揭示了该催化剂在反应过程中的活性和选择性，以及其对反应产物的具体影响。
研究结果对于费托合成工艺的优化及新型催化剂的设计具有重要的指导意义。
一、引言费托合成是一种重要的化学反应，它可以将合成气（CO+H2）转化为液态燃料和化学品。
在费托合成过程中，催化剂的选择直接影响到反应的活性和产物的选择性。
近年来，随着纳米技术的发展，负载型金属催化剂因其高比表面积和良好的分散性受到了广泛关注。
本文研究的重点在于一种新型的负载型催化剂——多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂。
二、多层SiO2介孔球负载钴基、钌基催化剂的制备与表征本研究所用催化剂采用溶胶-凝胶法结合浸渍法进行制备。
首先，通过溶胶-凝胶技术制备出多层SiO2介孔球，然后采用浸渍法将钴和钌的盐溶液负载于介孔球上，并通过高温处理使金属离子还原为金属态。
通过XRD、SEM、TEM等手段对催化剂进行表征，确认了催化剂的形态和结构。
三、催化剂在费托合成反应中的性能研究在费托合成反应中，我们对不同条件下催化剂的活性和选择性进行了考察。
实验发现，多层SiO2介孔球负载的钴基、钌基催化剂具有较高的活性和良好的选择性。
在反应过程中，该催化剂能够有效地降低反应的活化能，提高反应速率。
同时，通过对产物的分析发现，该催化剂对于C5+烃的选择性较高，表明其具有较好的重质烃生成能力。
四、催化剂的稳定性与抗积碳性能研究在费托合成过程中，催化剂的稳定性和抗积碳性能是评价其性能的重要指标。
本研究通过长时间的反应实验和积碳量的测定，发现多层SiO2介孔球负载的钴基、钌基催化剂具有较好的稳定性和抗积碳性能。
这主要归因于介孔球的高比表面积和良好的分散性，以及钴和钌之间的协同作用。
费托合成工艺研究进展
１ ． １ 固定床 反 应器 内进 行 。 反 应 器 内 装 有换 热 装 置 ， 移 出反应 固定 床 反 应 器 目前 在 工 业 上 达 到 的 指 热 的３ ０ ％ ～４ ０ ％， 反应 器顶 部 维持 在３ ４ ０℃ ， 标 为： 产 品产 率 ＞ｌ ４ ０ ｇ Ｃ ＋／ ｍ （ 标） 合成气 ， 生 成 气 与催 化 剂经 沉 降 室 内 的 旋 风 分 离 器
（ １ ） 相对列管式 固定床 ， 浆 态 床 费 托 合 成 反应 器床 层 内 反 应 物 混 合好 、 热效率高、 温度 均 匀 ， 可 等温 操作 ； （ ２ ） 单位 反 应 器 体 积 的产率高， Ｃ ＋烃 选 择 性 高 ， 且 甲 烷 生 产 率
低； （ ３ ） 床 层压 降 小（ 小于 ０ ． １ ＭＰ ａ ， 列管式固 为许 多国家研 究和发展的主 要课题 。 通 过 Ｓ ＡＳ ０Ｌ 一 Ⅲ厂 曾使 用声 ３ ． ６ ｍ、 高７ ５ ｍ的大 定床 反 应 器可 达０ ． ３ ～０ ． ７ ＭＰ ａ ） 。 费托合成工艺 ， 可 以将 煤 炭 、 天 然 气 等 进 行 型循 环 流 化 床 反 应 器 ， 操作温度３ ５ ０℃ ， 压 从（ 表１ ） 可以看 出， 浆 态 床 反 应 器 具 有 液化， 生成液化气 、 汽油、 柴油等 ， 以 提 高 资 力 ２ ． ５ ＭＰ ａ ， 催化 剂装填量４ ５ ０ ｔ ， 循 环量 其 他 两 种 反 应 器 不 具 备 的 优 势 ， 目前 世 界 源 的 利 用效 率 。 本文将从费托合成反应器、 ８ ０ ０ ０ ｔ ／ｈ， 每 台 反应 器生 产 能 力 ２ ６ 万ｔ／ａ。 上许 多研 究 机 构 和 公 司 都 致 力于 浆 态 床合 催化剂 、 各 国 费 托 合 成 工 艺 应 用 实 例 三 个 运 转 时 新 鲜 原 料 气 与 循 环 气 混 合 后 在 进 入 方 面 总 结 费托 合 成 工 艺 的研 究 进 展 。 反应 系统 前先 预 热 至 ｌ ６ ０℃ ， 混 合 气 被返 回
《2024年费托合成反应的催化剂制备和性能研究及其对生态环境的影响》范文
《费托合成反应的催化剂制备和性能研究及其对生态环境的影响》篇一一、引言费托合成反应（Fischer-Tropsch Synthesis, FTS）是一种重要的工业过程，用于将合成气（主要由一氧化碳和氢气组成）转化为液态燃料，如柴油、汽油和蜡等。
在这个转换过程中，催化剂扮演着至关重要的角色。
本文旨在研究费托合成反应的催化剂制备方法以及其性能，同时分析这一过程对生态环境的影响。
二、费托合成反应催化剂的制备费托合成反应催化剂的制备过程主要包括选择合适的催化剂成分、制备方法和后处理步骤。
目前，常用的催化剂成分包括铁、钴、钌等过渡金属。
首先，选择适当的金属前驱体，如铁的化合物。
然后，通过浸渍法、共沉淀法或溶胶-凝胶法等制备方法，将金属前驱体负载在载体上，如氧化铝或碳纳米管。
最后，进行热处理或还原处理，使金属前驱体转化为活性金属状态。
三、催化剂性能研究催化剂的性能主要从活性、选择性、稳定性和抗毒能力等方面进行评价。
活性指的是催化剂在费托合成反应中的催化效率；选择性是指催化剂将合成气转化为特定产物的能力；稳定性则关系到催化剂在长时间运行中的性能保持程度；抗毒能力则是指催化剂在存在杂质或有害物质时的性能表现。
针对这些性能指标，我们可以通过实验手段，如X射线衍射、扫描电子显微镜、程序升温还原等分析技术，对催化剂的物理和化学性质进行深入研究。
同时，结合费托合成反应的实验数据，评估催化剂的各项性能。
四、催化剂对生态环境的影响费托合成反应的催化剂对生态环境的影响主要表现在两个方面：一是对自然资源的利用，二是对环境排放的影响。
在自然资源利用方面，催化剂的制备需要使用一定的原材料，如金属前驱体和载体等。
这些原材料的开采和加工过程可能对自然环境造成影响。
然而，通过优化催化剂制备工艺和选择环保型原材料，可以降低对自然资源的消耗和环境的破坏。
在环境排放方面，费托合成反应过程中可能会产生一些有害物质，如氮氧化物、硫氧化物等。
这些物质的排放可能对大气环境造成影响。
费托合成工艺学习报告本科
关于煤间接液化技术“费-托合成”的学习报告报告说明F-T合成作为煤的间接液化的重要工艺，有着广泛的应用。
本文将分别报告作者在F-T 合成的基本原理、高低温工艺、催化剂以及F-T合成新工艺的学习情况。
在以上学习的基础上，报告末尾有本人对F-T合成工艺改进的一点设想和建议。
一、F-T合成的基本原理主反应生成烷烃：nCO+(2n+1)H2==H H H2H+2+HH2H(1)(n+1)H2+2HHH==H H H2H+2+HHH2(2)生成烯烃：nCO+2n H2==H H H2H+HH2H(3)n H2+2HHH==H H H2H+HHH2(4)副反应生成含氧有机物：nCO+2n H2==H H H2H+HH2H(5)nCO+(2n−2)H2=H H H2H H2+(H−2)H2H(6)(n+1)CO+(2n+1)H2==H H H2H+1HHH+HH2H(7)生成甲烷：CO+3H2==HH4+H2H(8)积碳反应：CO+H2==H+H2H(9)歧化反应：2CO==C+C H2(10)F-T合成利用合成气在炉内反应生成液体燃料，1-4式为目标反应，其中1和3是生产过程中主要反应。
其合成的烃类基本为直链型、烯烃基本为1-烯烃。
5-7式会生成含氧有机物的反应会降低产品品质；8式生成甲烷虽然是优质燃料但价值不高（原料合成气也为气体），往往需要分离出来进行制氢，构成循环；积碳反应主要是会对催化剂产生影响，温度过高时积碳反应产生的碳会镀在催化剂上（结焦现象），堵塞孔隙，造成催化剂失效。
二、高温工艺与低温工艺反应温度不同，F-T合成液体产物C数目也不同（或者说选择性不同），基本上呈温度变高，碳链变短的趋势。
低温工艺约在200-240摄氏度下反应，即可使用Fe催化剂也可用Co系催化剂，后者效果较好，产物主要是柴油、润滑油和石蜡等重质油品。
高温工艺约在350摄氏度情况下反应，一般使用熔铁催化剂，产品主要是小分子烯烃和汽油。
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4 F-T反应 F-T合成进行了使用0.5升浆态流化床,每个催化 剂(100 - 200网)被放置在反应釜内,随后减少大 气压力，在H2气流673 k下优先反应。在冷却反 应釜之后, 反应釜里加入100毫升的正十六烷作 为溶剂。合成反应是在T=503 ，P=0.98 mpa， t=8 h的条件下进行的，在该条件下合成气流速 稳定在W / F = 2.5 gh /mol，合成的气体实时用 气相色谱监测。
上述三种情况都在 383K干燥12h，以每分钟增加 10K的梯度直 至673K的条件下在空气中煅烧3h。SiO2 Q-10作为载体(平均孔 径10nm，表面积300m2/g)
实验
3 合成气的制备
气化炉 过滤器 洗涤器 脱硫塔。
合成气体积比：59.9%H2，29.8%CO，5.0%CH4， 4.9%N2和0.4%CO2
Mn and Zr modified Co/SiO2 catalysts development in slurry-phase Fischer–Tropsch synthesis
---Mn和Zr改良菲舍尔–托合成反应中Co/SiO2液相催化剂的研究进展
费-托合成简介
费托合成：煤间接液化技术之一。以合成气为原料 在催化剂的适当反应条件下合成以石蜡烃为主的 液体燃料的工艺过程。 nCO+2nH2 [－CH2－]n+nH2O
结果与讨论
基于这些发现,我们相信Co和Mn之间交互物在制 备共浸渍催化剂是提高Co分散，从而提高了相关 化学合成活动,如图12所示
结论
对制备技术对Mn和Zr改性的Co /SiO2催化剂的表面结构和活 性的的影响进行了调查研究发现： 1、由于Co粒子的原因第二、第三种催化剂更具活性，而第 一种催化剂会抑制Co在载体表面的分散度，相比之下第二、 第三种方法Co在载体的分散度不容易降低。 2 、 Mn 和 Zr 作为助催化剂 , 最优加载量被认为分别是 1 和 8 wt%。 3、在透射电镜共浸渍法的催化剂导致 Co粒子分散，形成大 约5 - 10纳米大小颗粒，这些高分散度的粒子增加了F-T反应 的选择性和活性。
结果与讨论
3.3 通过透射电镜观察
EDX映射数据获取 共浸渍法得到 催化剂显示为图10。在这些照片 中,每个原子的亮度成正比计数。 很明显,Zr物种的分布(图10(c))几 乎是独立于Co的物种浓度(图 10(a)),而Mn和Co分布相似,表明 锰和钴催化剂可能共存。
结果与讨论
3.3 通过透射电镜观察
结果与讨论
XRD模式的参比催化剂和Mn-ZrCo/SiO2催化剂：很明显,没有明 显的区别。基于这些特性的结果, 我们相信这些制备方法之间的催 化活性的变化可以归因于不同的 金属颗粒的分散对这些物种的还 原能力相关的影响。这表明Mn和 Zr粒子之间在载体表面的交互， Co3O4负载在第二、第三种催化 剂使得Co粒子的高分散度不容易 降低。
EDX映射数据获取 共浸渍法得到 催化剂显示为图10。在这些照片 中,每个原子的亮度成正比计数。 很明显,Zr物种的分布(图10(c))几 乎是独立于Co的物种浓度(图 10(a)),而Mn和Co分布相似,表明 锰和钴催化剂可能共存。
结果与讨论
3.3 通过透射电镜观察
相反,在第一种催化剂 催化剂, Zr、Mn独立存 在,如图所示11。
所有的催化剂都在5% H2 / Ar气氛下，673 K温度下预还原8h， 观察电镜图片，共浸渍法 催化剂并没有均匀的分散，能观 察到高度分散的粒子和大颗粒的粒子。Co粒子大小约是5 10 nm左右,一些粒子有些低于5纳米,而一般尺寸在10 - 15 nm。 (Mn + Zr)/Co/SiO2 催化剂的一般尺寸在10 - 15 nm见9b。
结果与讨论
图1显示了H2-TPR,三种2.1制备 的 催 化 剂 和 仅 含 有 Co/SiO2 （其中Co20 wt%）作 为参照。每个催化剂煅烧在 673 K 条件下在空气中煅烧 3h 。 然后加热以每分钟增加 10K 的 梯 度 的 速 度 升 温 到 1073 K 在 TPR分析。
结果与讨论
1 金属浸渍顺序的影响
结果与讨论
(Mn+Zr)在 Co/SiO2催化剂在合成过程中，在之前的研究我 们准备好的顺序(Mn+ Zr)/ Co /SiO2使用上面的方法详细见 2.1节。然而,我们也准备了(Co +Mn+ Zr)/SiO2共浸渍催化 剂和Co /(Mn+ Zr)/和/SiO2反向浸渍催ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ剂并评估这三种的 催化活性。在每种情况下, Co 、Mn、 Zr的质量比为20%、 2%、6%。
摘要
采用不同的制备方法和不同Mn和Zr的负荷，以SiO2为载 体，制成一系列的Mn和Zr改良的Co催化剂。随后研究了 这些改良催化剂的合成对费托反应的适用性的影响。以 SiO2为载体负载Co、Mn、Zr分别采用共浸渍法、顺向浸 渍、反向浸渍处理，其中共浸渍是三种方法中催化活性 最高的方法。适量的Mn和Zr的添加对Co催化的分散度和 还原度都有影响。基于各种表征结果，我们得出这样的 结论：由于高度分散的Co与Mn物种相互作用，采用共浸 渍Mn + Zr + Co/SiO2的催化剂可以增强的菲舍尔–费托合 成活性。
长时间高温下，因此我们重 复了TPR试验并使用相同的催 化剂,但在不同条件下,在样本 在含5% H2 / Ar的气氛下升温 到673 K,反应 8 h。
结果与讨论
各种Mn-Zr-Co/SiO2催化剂及参比催化剂的详细情况见表2
第二、第三种催化剂H2消耗率是第一种的大约1.3 - -1.5倍， 也说明第二、第三种催化剂中Co粒子的分散性更好，BET比 表面积基本没有差别。
引言
1）在国民经济快速发展过程中, 缓解石油危机、 优化能源结构、减少环境 污染已经迫在眉睫， 费托合成就是将煤炭和天然气间接液化制备液体燃料 和化学品的一种方法。 （2）目前,费托合成在国内外都是一个热门的研究课题,尤其对催化剂的研究 开发比较活跃.费托合成催化剂的活性组分主要有Fe, Co , Ni , Ru 和 Rh 等, 其 中Co最具选择性和催化活性被认为最具有实际应用价值和经济价值的F- T催 化剂. （3） Co基催化剂载体效应非常明显，考察了SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、 MnO、TiO2、 SiC等载体负载Co基催化剂性能的差异，发现载体颗粒的大小、 对CO的还原能力活性和产物选择性都有一定影响。 （4）就我们研究所得一般而言, SiO2 载体对金属呈惰性,主要起分散、 隔离 金属颗粒的作用.不过分散、 隔离金属颗粒的作用. （5）载体的比表面积、 酸碱性、 孔结构、 强度和载体与金属间的相互作 用等都是影响费托合成催化剂活性和产物选择性的重要因素.
结果与讨论
3.2锰、锆改性催化剂的效果—共浸渍法 由3.1得在F-T反应中，共浸渍法对 C5+ 最具选择性和活 性。准备一系列的不同的Mn和Zr载荷Mn+Zr+ Co /二氧 化硅催化剂应用在F-T合成中。
结果与讨论
准备一系列的不同的Mn和Zr载荷Mn+Zr+ Co /二氧化硅催化 剂应用在F-T合成中，
结果与讨论
此外Mn影响Co的负载量，最优数量的锰可以增强Co分散程度， 但是过多的锰的减少降低了Co的反应活性。只添加Zr增加Co 的分散程度，只添加Mn仍增加分散程度，但减小催化剂的还 原能力。共浸渍法得到,同时加入适量的Mn 、 Zr提高催化剂 的反应活性和选择性。
结果与讨论
3.3 通过透射电镜观察
实验（1催化剂）
准备三种不同含量的以SiO2为载体的Co-Mn-Zr催化剂。 1第一种顺序浸渍催化剂将载体SiO2连续在Co(NO3)2的水溶液中中浸渍。掺 杂锰和锆的干燥和煅烧,然后使用ZrO(NO3)2 和 Mn(NO3)2水溶液浸渍,随 后再次干燥和煅烧. 2第二个方法产生反向浸渍催化剂。在这个过程中,载体二氧化硅最初使用 ZrO(NO3)2和Mn(NO3)2的水溶液浸渍从而掺杂锰、锆, 然后煅烧后干燥。 随后,催化剂浸渍Co(NO3)2负载Co,再次是干燥和煅烧。 3共浸渍催化剂法,载体二氧化硅同时Co(NO3)2,ZrO(NO3)2 和Mn(NO3)2的水 溶液浸渍钴、锰、锆, 其次是干燥和煅烧。