无定形硅铝酸盐负的钴催化剂费-托合成催化性能研究

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当前,生活中的各类交通工具都主要依赖燃油驱动,随着社会经济发展,能源需求的快速增加,石油资源消耗殆尽。费-托合成是将小分子气体(CO+H2)转化为清洁液态燃料和化学品的一种成熟的技术,该技术越来越受到重视。在传统的费-托合成反应中,费-托合成产物分布遵循ASF分布,燃油(C5-C20)的选择性较低。硅铝酸盐常用于费-托合成催化反应,尽管晶态ZSM-5负载的费-托合成催化剂能打破ASF分布,提高C5-C20产物选择,但是酸性对产物分布的影响探究并不详细,因此,本文主要的研究方向就是探究硅铝酸盐酸性对费-托合成产物分布的影响。本文研究内容包括:用凝胶-水热法制备出纳米尺度的片状无定形硅铝酸盐,考察了合成条件对硅铝酸盐酸性的影响,然后负载Co3O4颗粒,筛选出合适的焙烧温度;探究了SiO2含量对催化剂费-托合成催化性能的影响;比较了无定形硅铝酸盐与晶态硅铝酸盐(ZSM-5)比例对费-托合成催化性能的影响。研究结果表明:(1)改变焙烧温度,比较了载体焙烧温度对硅铝酸盐负载钴催化剂对费-托合成催化性能的影响,经研究发现,载体的酸性随着焙烧温度的增加而降低,该系列载体对催化剂的活性及稳定性基本没影响,最大区别在于低温焙烧的硅铝酸盐酸性有合适的酸性,能裂解长链烃产物而又不增加CH4等小分子副产物的选择性,从而使得燃油段产物选择性较高。(2)SiO2含量的改变,有助于改善钴催化剂的费-托合成催化性能。在费-托合成催化过程中,随着SiO2含量的增加,硅铝酸盐的B酸含量增多,抑制了费-托合成蜡的生成,增加了燃油的产物选择性,当SiO2含量增加到一定程度后,催化剂的稳定性较差。(3)稳定性较好的无定形硅铝酸盐与晶态ZSM-5混合后,催化剂的催化性能得到改善;当无定形硅铝酸盐过量时,催化剂的稳定性和CO转化率都较好;当晶态ZSM-5过量时,催化剂的初始活性较高,但是其稳定性较差,其燃油段产物选择性与无定形硅铝酸盐负载的费-托合成催化剂基本一致;当无定形硅铝酸盐与晶态ZSM-5按照质量比1:1混合后,相较于晶态ZSM-5负载的费-托合成催化剂,虽然催化剂的初始活性稍微降低了些,但其稳定性和燃油的产物选择性也得到改善。
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