铁基费托合成催化剂研究进展
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铁基费托合成催化剂 研究进展
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，费托合成是指合成气经催化反应转化为碳 氢化合物的过程，主要发生生成烷烃和烯烃的反应，
同时还伴随有含氧化合物的生成和水煤气变换(WGS)
反应。铁基催化剂因价格低廉、催化活性和水煤气变 换反应(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。
分类
反应器
铁基催 化剂
助剂
载体
1 铁基催化剂分类
按制备方法，铁基催化剂又可分为熔铁和
沉淀铁催化剂。熔铁催化剂比表面积较低，孔
容较小，适用于高温F-T合成，产物多以低碳 烃为主。沉淀铁催化剂具有高比表面积、大孔 容和高活性。适用于低温F-T合成。产物分布 广，C5+选择性高，用途更为广泛。因此，沉
4.1 载体分类
氧化物载体
介孔材料载体
碳纳米管材料载体
4.2 氧化物载体
• SiO2载体对金属呈惰性，主要起分散、隔离金属颗粒 的作用。另外，以SiO2为载体的费托合成催化剂具有 良好的稳定性和再生功能. • Al2O3载体,其熔点高,热稳定性好,具有表面酸中心和表 面碱中心且价格便宜,通常以Al2O3 为载体制成的费托 合成催化剂都是非均匀型的,催化剂的活性组分分布在
物理和化学性质为费托合成开辟了一条更加光明道路。
致谢
谢谢观看！
淀铁催化剂历来是国内外F-T合成催化剂研究
领域的热点课题之一。
2 铁基催化剂反应器
目前使用的容器有列管式固定床反应器，
流化床反应器和浆态床反应器。其中流化床反
应器又分为循环流化床反应器和固定流化床反 应器。
2.1列管式固定床反应器
操作简单，而且不存在催化剂与液态产品的
分离问题。但由于反应放热量大, 管中存在温度梯 度, 为控制床层温度管径较小,容易积炭造成催化剂 破裂和堵塞, 需要频繁更换催化剂。
2.2流化床反应器
• 循环流化床反应器
产能高, 运转时间长, 热效 率高, 催化剂可再生。投资高, 操作复杂, 进一步放大困难, 分 离器容易被催化剂堵塞。
• 循环流化床反应器
冷却盘管的空间增大, 转化率更高, 产能也大大 提高。固定式流化床代替 循环流化床, 投资可降低 15% 。
2.3浆态床反应器
碱土 金属
4 载体
载体的主要作用：
1）提高铁的分散度、增加活性组分的比表面积,并在还
原后产生稳定的活性金属离子，防止烧结； 2）载体可以改善F-T催化剂的机械强度； 3）改善催化剂的热稳定性,提供更多的活性中心,节省活 性组分用量,降低成本； 4）增加催化剂抗毒能力； 5）催化剂载体在反应过程中可起导热的作用，减小固定 床反应器中的温度梯度。
三相在液相中进行，温度压力易控制，传热传质效 果好，转化率高。催化剂在液相中不会因挤压而破裂， 载荷均匀，液体的阻力大，传递速度小，活性小。与固 定床反应器相比, 比同等产能装置投资可减少40%。
3 助剂
单纯的Fe 基催化剂的活性、稳定性及选择性 均不理想,不符合工业生产的要求。因此,在Fe基
催化剂的制备过程中,一般需要添加各种助剂来合
和提高烯烃选择性。Fe-in-CNT催化剂性能优越的主
要原因可能不是因其活性相尺寸较小，而在于管内Fe 物种可还原性的改善和FexCy比例的提高，且管腔的 限域效应可能有利于碳链增长。
5 展望
在单一的铁基催化剂的基础上添加能改善铁化学
性质的电子型助剂和改善铁物理性质的结构型助剂能 改善铁基催化剂性质。而载体和反应器的发展也使使 用铁基催化剂的费托合成的产物的质量得到了提高， 特别是一些新型的载体诸如碳纳米载体借助其特有的
理调变催化剂的各项性能指标。研究较多的助剂 为碱金属、碱土金属、Cu和其他过渡金属。
3 助剂
碱金 属
K助剂可促进C0转化和 WGS反应，抑制CH4生 成，提高高碳烃和烯烃选 择性。
助剂wenku.baidu.com
过渡 金属
1)Cu可促进Fe催化剂的还 原，缩短诱导期2)Mn对Co 有较大的亲和力，且可促 进活性相的分散，提高烯 烃选择性 Mg可改善催化剂的稳定 性和活性，提高C5+烃的 空时收率，同时对WGS 反应也有抑制作用
载体的外表面。
4.3 介孔材料载体
• 学者通过研究不同的微孔、介孔分子筛负载Fe催化剂 上的费托合成反应，他们发现以具有超笼结构的八面 沸石分子筛为载体时显示出独特的C5+烃选择性。采用
LiY为载体时可获得最高的C5+烃选择性和链增长几率。
4.4 碳纳米管载体
研究结果表明，CNT载体有利于降低CH4选择性
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，费托合成是指合成气经催化反应转化为碳 氢化合物的过程，主要发生生成烷烃和烯烃的反应，
同时还伴随有含氧化合物的生成和水煤气变换(WGS)
反应。铁基催化剂因价格低廉、催化活性和水煤气变 换反应(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。
分类
反应器
铁基催 化剂
助剂
载体
1 铁基催化剂分类
按制备方法，铁基催化剂又可分为熔铁和
沉淀铁催化剂。熔铁催化剂比表面积较低，孔
容较小，适用于高温F-T合成，产物多以低碳 烃为主。沉淀铁催化剂具有高比表面积、大孔 容和高活性。适用于低温F-T合成。产物分布 广，C5+选择性高，用途更为广泛。因此，沉
4.1 载体分类
氧化物载体
介孔材料载体
碳纳米管材料载体
4.2 氧化物载体
• SiO2载体对金属呈惰性，主要起分散、隔离金属颗粒 的作用。另外，以SiO2为载体的费托合成催化剂具有 良好的稳定性和再生功能. • Al2O3载体,其熔点高,热稳定性好,具有表面酸中心和表 面碱中心且价格便宜,通常以Al2O3 为载体制成的费托 合成催化剂都是非均匀型的,催化剂的活性组分分布在
物理和化学性质为费托合成开辟了一条更加光明道路。
致谢
谢谢观看！
淀铁催化剂历来是国内外F-T合成催化剂研究
领域的热点课题之一。
2 铁基催化剂反应器
目前使用的容器有列管式固定床反应器，
流化床反应器和浆态床反应器。其中流化床反
应器又分为循环流化床反应器和固定流化床反 应器。
2.1列管式固定床反应器
操作简单，而且不存在催化剂与液态产品的
分离问题。但由于反应放热量大, 管中存在温度梯 度, 为控制床层温度管径较小,容易积炭造成催化剂 破裂和堵塞, 需要频繁更换催化剂。
2.2流化床反应器
• 循环流化床反应器
产能高, 运转时间长, 热效 率高, 催化剂可再生。投资高, 操作复杂, 进一步放大困难, 分 离器容易被催化剂堵塞。
• 循环流化床反应器
冷却盘管的空间增大, 转化率更高, 产能也大大 提高。固定式流化床代替 循环流化床, 投资可降低 15% 。
2.3浆态床反应器
碱土 金属
4 载体
载体的主要作用：
1）提高铁的分散度、增加活性组分的比表面积,并在还
原后产生稳定的活性金属离子，防止烧结； 2）载体可以改善F-T催化剂的机械强度； 3）改善催化剂的热稳定性,提供更多的活性中心,节省活 性组分用量,降低成本； 4）增加催化剂抗毒能力； 5）催化剂载体在反应过程中可起导热的作用，减小固定 床反应器中的温度梯度。
三相在液相中进行，温度压力易控制，传热传质效 果好，转化率高。催化剂在液相中不会因挤压而破裂， 载荷均匀，液体的阻力大，传递速度小，活性小。与固 定床反应器相比, 比同等产能装置投资可减少40%。
3 助剂
单纯的Fe 基催化剂的活性、稳定性及选择性 均不理想,不符合工业生产的要求。因此,在Fe基
催化剂的制备过程中,一般需要添加各种助剂来合
和提高烯烃选择性。Fe-in-CNT催化剂性能优越的主
要原因可能不是因其活性相尺寸较小，而在于管内Fe 物种可还原性的改善和FexCy比例的提高，且管腔的 限域效应可能有利于碳链增长。
5 展望
在单一的铁基催化剂的基础上添加能改善铁化学
性质的电子型助剂和改善铁物理性质的结构型助剂能 改善铁基催化剂性质。而载体和反应器的发展也使使 用铁基催化剂的费托合成的产物的质量得到了提高， 特别是一些新型的载体诸如碳纳米载体借助其特有的
理调变催化剂的各项性能指标。研究较多的助剂 为碱金属、碱土金属、Cu和其他过渡金属。
3 助剂
碱金 属
K助剂可促进C0转化和 WGS反应，抑制CH4生 成，提高高碳烃和烯烃选 择性。
助剂wenku.baidu.com
过渡 金属
1)Cu可促进Fe催化剂的还 原，缩短诱导期2)Mn对Co 有较大的亲和力，且可促 进活性相的分散，提高烯 烃选择性 Mg可改善催化剂的稳定 性和活性，提高C5+烃的 空时收率，同时对WGS 反应也有抑制作用
载体的外表面。
4.3 介孔材料载体
• 学者通过研究不同的微孔、介孔分子筛负载Fe催化剂 上的费托合成反应，他们发现以具有超笼结构的八面 沸石分子筛为载体时显示出独特的C5+烃选择性。采用
LiY为载体时可获得最高的C5+烃选择性和链增长几率。
4.4 碳纳米管载体
研究结果表明，CNT载体有利于降低CH4选择性