[00144054]费托合成催化剂CNFT-1开发及工业应用

我国富煤、贫油、少气,随着经济发展,石油对外依存度不断攀升,2019年达到72%,严重影响着我国的能源安全。发展煤间接液化技术,既可实现煤的清洁利用,又能部分解决石油对外依存的问题,是我国煤炭清洁化利用的有效途径之一。目前,我国现已实现100万吨/年和400万吨/年级铁基费托合成技术工业示范,但暴露出其技术核心——费托合成催化剂性能不足、磨耗严重和成本高等问题,而提升催化剂性能、降低催化剂磨耗增加煤间接液化装置的经济性十分重要。 国家能源集团宁夏煤业公司和北京低碳清洁能源研究院合作,共同开发了新型费托合成催化剂。项目组通过研究催化剂失活影响因素、催化剂物理结构形成机制、Fe-Si相互作用、抗积碳性能、水热稳定性能、前驱体微观结构、活性相特征、助剂作用等,建立了催化剂孔道结构模型、催化剂抗磨性关联模型,催化剂组成与性能关联模型,并用于指导催化剂配方设计及制备工艺开发,创新性的开发出配方独特（Fe-Cu-K-SiO2+B）、制备工艺环境友好的催化剂CNFT-1。完成了催化剂制备技术从实验室（g级）、中试（kg级）到工业规模（1000吨/年）,并在50万吨油/年装置成功工业应用。项目主要创新点：1)首次合成出纯相ε′-Fe2.2C和χ-Fe5C2,并对其反应特性进行了研究,结果表明,Fe2.2C和Fe5C2的费托合成活性较高;2)创新了Fe-Cu-K-B-SiO2催化剂体系,组成范围为100Fe2O3 : 1~5Cu : 1~5K : 1~5B : 10~25SiO2,DFT模拟结果及实验结果表明,新助剂硼具有较好的抗积碳性能,含硼的CNFT-1催化剂具有更高的稳定性和C5+选择性;3)首次通过分子模拟研究了沉淀铁催化剂制备过程,建立了催化剂沉淀前驱体中Fe-Si作用模型,依据该模型提高了催化剂的抗磨性,磨耗值＜3.0%;4)构建了绿色环保、节能降耗的催化剂清洁生产工艺。通过电渗析-蒸氨-反渗透-三效蒸发系统集成,实现生产中氨回收循环利用、回收水循环利用、硝酸盐作为产品返硝酸铁生产商循环利用,解决了废水直接排放造成的资源浪费及环境污染问题,实现CNFT-1催化剂工业生产流程水近零排放和绿色无污染。 在50万吨/年费托合成装置上开展了CNFT-1催化剂4000多小时长周期工业试用和性能标定。72h标定结果表明,CNFT-1催化剂产物的蜡油比高、产物中Fe含量低,吨油气耗5631Nm3/t油,表明其具有较高的C3+选择性和抗磨性,具有国际先进水平。关键技术累计申请国家发明专利44项,授权30项;发表学术论文24篇,其中SCI、EI收录9篇,发表专著2部。 本技术成果符合国家对能源战略核心技术发展的要求,对促进煤间接液化技术的进步,并提高了此技术的商业竞争力,为保障煤炭资源经济可持续发展做出贡献,促进了地方的经济发展。项目的成功实施推动了企业科技创新实力,激发企业自主创新的信心和主动性。