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钴基催化剂与铁基催化剂用于费托合成各具优点,一般根据所需要的产物分布选取相应的催化剂。钴基催化剂的特点是,不易积碳,产物分布以长链烷烃为主,并且二氧化碳的选择性非常低,符合当前“低碳”的要求。钻的较高价格决定了其应该以负载的方式制成催化剂,而钴与载体间的相互作用成为了制约催化剂性能的一个重要因素。
本论文对反应条件,载体的预处理,浸渍液的性质等对钴催化剂反应性能的影响进行了优化研究,并考察了Zr、Ru助剂对催化剂性能的影响,以期提高催化剂活性,控制CH4选择性。
首先,对反应条件进行了优化,CO转化率随反应温度的提高、压力的增加和空速的降低而提高,CH4选择性随温度的提高、空速的提高而提高。反应温度是影响最显著的因素。
其次,着重研究了制备过程对催化剂性的影响。发现无论是载体SiO2的预处理,浸渍液的pH值的调变,以及使用不同溶剂配制浸渍液,都能有效提高催化剂性能。浸渍前SiO2的预处理对催化剂性能影响显著,经NH4NO3溶液处理,400℃下催化剂的还原度从56.91%提高到74.03%,CO转化率从53.48%提高到91.39%。
最后,考察了助催化剂Zr和Ru的添加量对催化剂性能的影响,Zr的加入能有效提高催化剂性能,CO转化率提高,CH4选择性降低,产物分布向重质烃移动,CO转化率随Zr含量的增大先增加后保持稳定,最佳Zr含量为Zr/SiO2=4%~6%。Ru的加入显著提高CO转化率,少量Ru使CH4的相对含量降低,但随Ru含量的增大,CH4选择性升高,C5+选择性下降趋势明显。