催化劑活化壓力對(duì)費(fèi)托合成反應(yīng)的影響

劉小慶

（潞安化工集團(tuán)煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046200）

0 引言

煤炭能源運(yùn)用的間接液化生產(chǎn)工藝，作為煤炭能源開(kāi)展?jié)崈艋铆h(huán)節(jié)與高效化利用環(huán)節(jié)的實(shí)踐路線，在近些年正在獲取到越來(lái)越充分的推廣運(yùn)用。催化劑相關(guān)技術(shù)是費(fèi)托合成生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中涉及的核心內(nèi)容。

我國(guó)學(xué)者賈立濤等研究分析了活化環(huán)境因素指向費(fèi)托合成催化劑反應(yīng)技術(shù)性能施加的影響作用；學(xué)者郝慶蘭等人詳細(xì)揭示了活化過(guò)程持續(xù)時(shí)間因素、活化溫度因素，以及活化空速因素等對(duì)費(fèi)托合成反應(yīng)技術(shù)性能施加的影響改變作用。圍繞費(fèi)托催化劑活化壓力因素指向費(fèi)托合成技術(shù)性能影響作用的研究，尤其是中試費(fèi)托合成技術(shù)性能影響效用的研究，目前報(bào)道數(shù)量相對(duì)較少[1-2]。

1 原料氣、催化劑和試驗(yàn)裝置

1.1 原料氣

本次試驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，擇取由山西省長(zhǎng)治市某煤制油公司生產(chǎn)提供的純度參數(shù)在99.9%的氫氣氣體，以及純度參數(shù)數(shù)值處在99%的一氧化碳?xì)怏w，按照恰當(dāng)?shù)臄?shù)量比例完成調(diào)配處理操作過(guò)程，繼而對(duì)與氣體催化劑相關(guān)聯(lián)的各類原材料物質(zhì)，開(kāi)展基于技術(shù)屬性特征層面的分析評(píng)價(jià)工作。

1.2 催化劑

本次試驗(yàn)研究活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中擇取并運(yùn)用催化劑SFT418-7 物質(zhì)，其內(nèi)部包含的代表性活性組元化學(xué)物質(zhì)成分為Fe-Co-Cu-K-SiO2，該種化學(xué)物質(zhì)成由我國(guó)神華煤制油化工有限公司研究開(kāi)發(fā)，由浙江泰德新材料有限公司生產(chǎn)制造。

催化劑SFT418-7 物質(zhì)堆密度參數(shù)項(xiàng)目測(cè)算值介于0.7～0.9 g/cm3，且在催化劑SFT418-7 物質(zhì)內(nèi)部，約占總數(shù)90%以上的催化劑物質(zhì)顆粒尺寸參數(shù)值介于30～150 μm，催化劑SFT418-7 物質(zhì)實(shí)際具備的堆密度參數(shù)項(xiàng)目測(cè)算值分布范圍，以及粒度分布狀態(tài)，充分滿足漿態(tài)床反應(yīng)器設(shè)備對(duì)催化劑性能提出的具體要求。與此同時(shí)，催化劑SFT418-7 物質(zhì)具備相對(duì)較大的比表面積，能夠在具體使用過(guò)程，以呈現(xiàn)出較高水平的費(fèi)托反應(yīng)活性[3]。

1.3 試驗(yàn)裝置

以10 L/h 漿態(tài)床設(shè)備費(fèi)托合成技術(shù)工藝流程催化劑評(píng)價(jià)中試裝置（CEU）設(shè)置推進(jìn)開(kāi)展相關(guān)性評(píng)估工作，不同活化壓力水平條件下處理催化劑物質(zhì)所引致產(chǎn)生的費(fèi)托合成技術(shù)因素與影響作用效果也呈現(xiàn)出顯著差異[4]。技術(shù)工藝流程，如圖1 所示。

圖1 技術(shù)工藝流程

1.4 催化劑活化及活性評(píng)價(jià)

首先將處在氧化狀態(tài)條件下的SFT418-7 催化劑物質(zhì)，以及液體石蠟在費(fèi)托合成反應(yīng)器設(shè)備外調(diào)制處理成漿液狀，后將其壓入費(fèi)托合成反應(yīng)器設(shè)備內(nèi)部后，向原有化學(xué)物質(zhì)開(kāi)展快速升溫處理，同時(shí)，還要在程序升溫環(huán)節(jié)推進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)指SFT418 催化劑的還原活化處理目標(biāo)[5]。

在催化劑開(kāi)展的活化處理結(jié)束后，要針對(duì)其各種化學(xué)物質(zhì)成分對(duì)應(yīng)的技術(shù)性能展開(kāi)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作，對(duì)其展現(xiàn)的總體穩(wěn)定度對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)項(xiàng)目展開(kāi)比對(duì)，調(diào)節(jié)并促進(jìn)各項(xiàng)試驗(yàn)工藝參數(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)。

在圍繞新鮮合成氣、費(fèi)托反應(yīng)尾氣，以及入塔氣開(kāi)展組成分析環(huán)節(jié)過(guò)程中，擇取運(yùn)用由日本島津公司生產(chǎn)的型號(hào)為GC-2010 的氣相色譜儀，此處使用的分析條件為：分子篩儀器/三氧化鋁色譜柱儀器檢測(cè)方法、熱導(dǎo)池檢測(cè)器組件（TCD 組件）/氫火焰離子化檢測(cè)器組件（FID 組件）檢測(cè)方法、外標(biāo)法定量檢測(cè)方法。催化劑SFT418-7 物質(zhì)的活化與活性評(píng)價(jià)技術(shù)條件，如表1 所示。

表1 催化劑SFT418-7 物質(zhì)的活化與活性評(píng)價(jià)技術(shù)條件

2 結(jié)果與討論

處于氧化態(tài)條件下的催化劑SFT418-7 物質(zhì)在不同壓力強(qiáng)度下經(jīng)歷活化處理后，其實(shí)際獲取的研究結(jié)果，如表2 所示[6]。

表2 不同活化壓力催化劑物質(zhì)費(fèi)托合成反應(yīng)技術(shù)性能試驗(yàn)研究結(jié)果分布

催化劑實(shí)際具備的活性，事實(shí)上就是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中需要依賴外界環(huán)境提供的能量支持條件，相關(guān)科學(xué)技術(shù)人員研究發(fā)現(xiàn)，在所有類型的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，都需要經(jīng)歷活化環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)利用的能量要素，就是通常所說(shuō)的活化能[7]。

現(xiàn)有研究結(jié)果證實(shí)，對(duì)催化劑的恰當(dāng)合理選擇，能夠有效改善化學(xué)反應(yīng)的總體推進(jìn)速度[8]。

遵照化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式可知，化學(xué)反應(yīng)的推進(jìn)速度，通常受兩種因素影響制約，其一是活化能因素，其二是溫度因素。催化劑發(fā)揮的主要作用，就是改變化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)際推進(jìn)速率，不但能夠?qū)⒒瘜W(xué)反應(yīng)的推進(jìn)速度顯著加快，還能針對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程施加抑制作用（催化劑參與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，主要改變化學(xué)反應(yīng)活化能，但不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，其發(fā)揮的作用類似于“介質(zhì)”）。

3 結(jié)論

通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)獲取的沉淀鐵系催化劑，在10L/h漿態(tài)床中試裝置內(nèi)部開(kāi)展不同活化壓力條件下的費(fèi)托合成反應(yīng)試驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得到以下結(jié)論：一是SFT418-7 催化劑具備較高活性，在低溫度環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)CO 氣體90%以上的轉(zhuǎn)化率，CH4 氣體選擇性低于2%，同時(shí)C3+物質(zhì)高達(dá)0.95%；二是沉淀鐵系費(fèi)托合成催化劑活化壓力的高低，對(duì)其反應(yīng)性能影響較大，通過(guò)增強(qiáng)壓力強(qiáng)度，能夠使催化劑活性顯著提升，與此同時(shí)，合成氣轉(zhuǎn)化率水平、H2 氣體轉(zhuǎn)化率及CO 氣體轉(zhuǎn)化率也有所提升；在降低壓力催化劑物質(zhì)活化處理的情況下，烴類物質(zhì)的時(shí)空產(chǎn)率、合成氣產(chǎn)油率有所上升，烴類產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中C2-C4 烯烷物質(zhì)的質(zhì)量比值呈增加趨勢(shì)。