催化劑活化壓力對(duì)費(fèi)托合成反應(yīng)的影響

宋 玄

（山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引言

煤炭間接液化生產(chǎn)技術(shù)是能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭能源清潔化和高效化利用目標(biāo)的工藝路徑，其在近些年來(lái)，獲得了相關(guān)領(lǐng)域研究人員和技術(shù)工作人員的廣泛密切關(guān)注。催化劑相關(guān)技術(shù)是費(fèi)托合成技術(shù)體系中的核心內(nèi)容組成部分，近年來(lái)已經(jīng)得到廣泛且深入的研究分析[1-2]。

現(xiàn)階段，具備工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的鐵基催化劑和鈷基催化劑，都必須在經(jīng)歷活化預(yù)處理技術(shù)環(huán)節(jié)之后，才能達(dá)到滿(mǎn)足實(shí)際技術(shù)使用需求的化學(xué)反應(yīng)活性水平，經(jīng)歷過(guò)活化處置過(guò)程的催化劑，其實(shí)際具備的物相結(jié)構(gòu)表現(xiàn)狀態(tài)，能夠較大程度改變催化劑的費(fèi)托合成反應(yīng)技術(shù)性能，以及運(yùn)轉(zhuǎn)壽命持續(xù)時(shí)間。

1 圍繞鐵基費(fèi)托合成催化劑物質(zhì)形態(tài)獲取的基本研究進(jìn)展

費(fèi)托合成技術(shù)最早是德國(guó)化學(xué)家開(kāi)展的研究工作過(guò)程中率先提出的，通過(guò)合理設(shè)定各項(xiàng)技術(shù)因素，進(jìn)一步深入優(yōu)化費(fèi)托合成技術(shù)工藝流程，提升工藝水平。同時(shí)在費(fèi)托合成技術(shù)工藝推進(jìn)過(guò)程中，全面充分發(fā)揮相關(guān)性催化劑化學(xué)物質(zhì)的作用，確保航空燃料、汽車(chē)燃料等種類(lèi)多樣的且普遍應(yīng)用的液體燃料物質(zhì)形態(tài)，搭配使用具有高水平附加值的低鏈烯烴化學(xué)物質(zhì)等，使費(fèi)托合成技術(shù)工藝流程轉(zhuǎn)化率測(cè)算數(shù)值處在較高水平，對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)技術(shù)工藝流程產(chǎn)物與催化劑物質(zhì)實(shí)際發(fā)揮的技術(shù)性能具備深刻關(guān)聯(lián)[3]。

源于費(fèi)托合成生產(chǎn)技術(shù)工藝運(yùn)用過(guò)程中涉及的催化劑具備復(fù)雜的種類(lèi)構(gòu)成，因此各國(guó)學(xué)者圍繞催化劑開(kāi)展了全面系統(tǒng)的研究分析，目前已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的數(shù)量眾多研究文獻(xiàn)證實(shí)，能夠發(fā)揮費(fèi)托合成技術(shù)活性的金屬元素，以分布在元素周期表第Ⅷ族中的過(guò)渡金屬元素為主，其實(shí)際具備的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程參與活性水平由高到低依次為Ru 元素物質(zhì)＞Fe 元素物質(zhì)＞Co元素物質(zhì)＞Rh 元素物質(zhì)＞Ni 元素物質(zhì)。

費(fèi)托合成生產(chǎn)技術(shù)工藝通常情況下可以分為低溫費(fèi)托合成生產(chǎn)技術(shù)和高溫費(fèi)托合成生產(chǎn)技術(shù)，兩種類(lèi)型的費(fèi)托合成反應(yīng)技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中，需要使用的兩種類(lèi)型截然不同的催化劑，此情況也獲得了相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的密切關(guān)注[4]。

在低溫技術(shù)環(huán)境和高溫技術(shù)環(huán)境兩種不同情況下，有專(zhuān)家學(xué)者圍繞鐵基催化劑的技術(shù)性能表現(xiàn)狀態(tài)展開(kāi)了深入分析和科學(xué)研究，進(jìn)行大量了實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)論證，基于鈷系催化劑的費(fèi)托合成技術(shù)工藝，通常更適宜在低溫環(huán)境中加以運(yùn)用。

金屬鐵價(jià)格相對(duì)便宜，其儲(chǔ)備數(shù)量眾多且空間地域分布較為分散。與眾多催化劑比較，鐵基催化劑的活性相對(duì)較高，同時(shí)擁有非常高的烯烴類(lèi)物質(zhì)的選擇性，其能夠針對(duì)汽車(chē)燃料化學(xué)形態(tài)，以及航空煤油化學(xué)形態(tài)等種類(lèi)構(gòu)成復(fù)雜的化學(xué)原材料物質(zhì)起到催化作用。鐵基催化劑能起到調(diào)節(jié)H2、CO 數(shù)量比例的作用，其與鈷基催化劑相對(duì)比，更加適宜應(yīng)用于以生物質(zhì)或煤炭要素為基本原材料而獲取的低H2氣體/CO氣體數(shù)量比例的費(fèi)托合成反應(yīng)技術(shù)工藝流程[5]。

對(duì)于鈷基催化劑而言，其主要活性物質(zhì)組成部分在于零價(jià)鈷物質(zhì)，而對(duì)于鐵基催化劑而言，其主要活性物質(zhì)成分尚未得到明確清晰揭示，依然留待研究分析。

2 原料氣物質(zhì)形態(tài)、催化劑物質(zhì)形態(tài)和試驗(yàn)技術(shù)裝置

2.1 原料氣物質(zhì)形態(tài)

在本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目具體實(shí)施進(jìn)程中，選取某焦化廠生產(chǎn)制備的純度水平處在99.9%的H2，以及純度水平處在99%的CO，按照一定合適的比例進(jìn)行調(diào)配，將其作為催化劑的活化原料，開(kāi)展技術(shù)屬性特征層面的分析評(píng)價(jià)工作環(huán)節(jié)[6]。

2.2 催化劑

在本次實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，實(shí)際選擇運(yùn)用的是催化劑SFT418-7，根據(jù)該種催化劑密度大小的差異和區(qū)別，就催化劑事實(shí)上的顆粒尺寸大小等進(jìn)行深入系統(tǒng)性研究，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)所要求的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，該種催化劑具備著相對(duì)較高水平的表面積技術(shù)參數(shù)，說(shuō)明其具備較高水平的費(fèi)托反應(yīng)技術(shù)活性。

2.3 試驗(yàn)技術(shù)裝置

按照相關(guān)及時(shí)要求，通過(guò)對(duì)10 L/h 的漿態(tài)床費(fèi)托合成物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)催化劑形態(tài)中試技術(shù)裝置（CEU）開(kāi)展相關(guān)評(píng)估工作，在不同水平壓力參數(shù)項(xiàng)目設(shè)置條件下，處理催化劑物所產(chǎn)生的費(fèi)托合成技術(shù)因素與影響作用效果也會(huì)呈現(xiàn)出顯著差異。

2.4 催化劑物質(zhì)形態(tài)活化過(guò)程及活性水平評(píng)價(jià)

針對(duì)存留在氧化技術(shù)狀態(tài)下的SFT418-7 催化劑形態(tài)，以及液體石蠟物質(zhì)在費(fèi)托合成反應(yīng)器技術(shù)設(shè)備外調(diào)制成漿液狀，繼而將其壓入費(fèi)托工藝流程對(duì)應(yīng)的合成反應(yīng)器設(shè)備中，在費(fèi)托合成中間物質(zhì)形態(tài)被實(shí)際壓入活化器技術(shù)設(shè)備內(nèi)部空間后，在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)展快速升溫技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)SFT418-7 催化劑物質(zhì)形態(tài)的還原與活化技術(shù)處理基本目標(biāo)。

在催化劑形態(tài)活化技術(shù)處理環(huán)節(jié)結(jié)束后，要針對(duì)其各種化學(xué)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，根據(jù)其展現(xiàn)的總體穩(wěn)定度，對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)項(xiàng)目開(kāi)展比對(duì)處理，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)項(xiàng)目呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)對(duì)催化劑實(shí)際具備的活性狀態(tài)展開(kāi)評(píng)價(jià)[7]。

在針對(duì)新鮮合成氣物質(zhì)形態(tài)、費(fèi)托反應(yīng)尾氣物質(zhì)形態(tài)和入塔氣物質(zhì)形態(tài)實(shí)施組成結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，選取GC-2010 氣相色譜儀技術(shù)設(shè)備，實(shí)際涉及的檢測(cè)技術(shù)方法類(lèi)型主要有：三氧化鋁色譜柱檢測(cè)法、熱導(dǎo)池檢測(cè)法、氫火焰離子化檢測(cè)法。

3 結(jié)果與討論

SFT418 催化劑在高費(fèi)托反應(yīng)過(guò)程中展現(xiàn)的催化技術(shù)活性水平相對(duì)較高，新鮮合成氣物質(zhì)形態(tài)呈現(xiàn)空速旋轉(zhuǎn)度技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值測(cè)定水平較高，高溫化學(xué)反應(yīng)技術(shù)環(huán)境中的轉(zhuǎn)化率技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目測(cè)算數(shù)值能夠達(dá)到91%。而針對(duì)甲烷氣體物質(zhì)形態(tài)的選擇性水平發(fā)揮程度則相對(duì)比較低，僅在2%左右，不同催化劑實(shí)際需要的處理技術(shù)條件也存在顯著差異，在費(fèi)托合成技術(shù)工藝具體運(yùn)用過(guò)程中，針對(duì)實(shí)際獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果，將H2與CO 的轉(zhuǎn)化率技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目選做控制節(jié)點(diǎn)，能夠保障實(shí)際獲取的催化劑化學(xué)反應(yīng)活性處在較高水平，且指向CO2物質(zhì)的選擇性也處在較高水平[8]。

4 催化劑對(duì)催化劑費(fèi)托合成反應(yīng)性能的影響

4.1 催化劑對(duì)鐵基費(fèi)托反應(yīng)活性的影響

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(lài)外界環(huán)境提供的能量支持條件，相關(guān)研究顯示，在所有類(lèi)型的化學(xué)反應(yīng)開(kāi)展過(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?，F(xiàn)有研究結(jié)果證實(shí)，對(duì)催化劑的科學(xué)選擇運(yùn)用，能夠有效提升化學(xué)反應(yīng)的總體推進(jìn)速度[9]。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式可以知曉，化學(xué)反應(yīng)的推進(jìn)速度，通常受兩種因素影響制約，一是活化能因素，二是溫度因素。

4.2 催化劑對(duì)鐵基費(fèi)托反應(yīng)選擇性的影響

催化劑發(fā)揮的主要技術(shù)作用就是改變化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)際推進(jìn)速率，其不但能夠?qū)崿F(xiàn)化學(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。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)有的能源使用消費(fèi)結(jié)構(gòu)，煤炭依然占據(jù)主導(dǎo)性地位，通過(guò)利用費(fèi)托合成技術(shù)將合成氣體物質(zhì)轉(zhuǎn)變成燃料油，實(shí)際獲取的產(chǎn)物中不包含硫元素、氮元素以及芳香烴類(lèi)物質(zhì)，能夠有效滿(mǎn)足現(xiàn)階段環(huán)境保護(hù)要求和理念，解決煤炭焚燒過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)境破壞問(wèn)題，間接為石油能源的安全合理使用，提供扎實(shí)且充分的基礎(chǔ)支撐條件。