催化劑活化壓力對費托合成反應的影響

宋 玄

（山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引言

煤炭間接液化生產技術是能夠實現煤炭能源清潔化和高效化利用目標的工藝路徑，其在近些年來，獲得了相關領域研究人員和技術工作人員的廣泛密切關注。催化劑相關技術是費托合成技術體系中的核心內容組成部分，近年來已經得到廣泛且深入的研究分析[1-2]。

現階段，具備工業生產實際應用價值的鐵基催化劑和鈷基催化劑，都必須在經歷活化預處理技術環節之后，才能達到滿足實際技術使用需求的化學反應活性水平，經歷過活化處置過程的催化劑，其實際具備的物相結構表現狀態，能夠較大程度改變催化劑的費托合成反應技術性能，以及運轉壽命持續時間。

1 圍繞鐵基費托合成催化劑物質形態獲取的基本研究進展

費托合成技術最早是德國化學家開展的研究工作過程中率先提出的，通過合理設定各項技術因素，進一步深入優化費托合成技術工藝流程，提升工藝水平。同時在費托合成技術工藝推進過程中，全面充分發揮相關性催化劑化學物質的作用，確保航空燃料、汽車燃料等種類多樣的且普遍應用的液體燃料物質形態，搭配使用具有高水平附加值的低鏈烯烴化學物質等，使費托合成技術工藝流程轉化率測算數值處在較高水平，對應的化學反應技術工藝流程產物與催化劑物質實際發揮的技術性能具備深刻關聯[3]。

源于費托合成生產技術工藝運用過程中涉及的催化劑具備復雜的種類構成，因此各國學者圍繞催化劑開展了全面系統的研究分析，目前已經公開發表的數量眾多研究文獻證實，能夠發揮費托合成技術活性的金屬元素，以分布在元素周期表第Ⅷ族中的過渡金屬元素為主，其實際具備的化學反應過程參與活性水平由高到低依次為Ru 元素物質＞Fe 元素物質＞Co元素物質＞Rh 元素物質＞Ni 元素物質。

費托合成生產技術工藝通常情況下可以分為低溫費托合成生產技術和高溫費托合成生產技術，兩種類型的費托合成反應技術在運用過程中，需要使用的兩種類型截然不同的催化劑，此情況也獲得了相關領域專業技術人員的密切關注[4]。

在低溫技術環境和高溫技術環境兩種不同情況下，有專家學者圍繞鐵基催化劑的技術性能表現狀態展開了深入分析和科學研究，進行大量了實驗和數據論證，基于鈷系催化劑的費托合成技術工藝，通常更適宜在低溫環境中加以運用。

金屬鐵價格相對便宜，其儲備數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較高，同時擁有非常高的烯烴類物質的選擇性，其能夠針對汽車燃料化學形態，以及航空煤油化學形態等種類構成復雜的化學原材料物質起到催化作用。鐵基催化劑能起到調節H2、CO 數量比例的作用，其與鈷基催化劑相對比，更加適宜應用于以生物質或煤炭要素為基本原材料而獲取的低H2氣體/CO氣體數量比例的費托合成反應技術工藝流程[5]。

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

2 原料氣物質形態、催化劑物質形態和試驗技術裝置

2.1 原料氣物質形態

在本項實驗研究項目具體實施進程中，選取某焦化廠生產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行調配，將其作為催化劑的活化原料，開展技術屬性特征層面的分析評價工作環節[6]。

2.2 催化劑

在本次實驗研究活動開展過程中，實際選擇運用的是催化劑SFT418-7，根據該種催化劑密度大小的差異和區別，就催化劑事實上的顆粒尺寸大小等進行深入系統性研究，使其達到實驗所要求的標準。與此同時，該種催化劑具備著相對較高水平的表面積技術參數，說明其具備較高水平的費托反應技術活性。

2.3 試驗技術裝置

按照相關及時要求，通過對10 L/h 的漿態床費托合成物質生產技術催化劑形態中試技術裝置（CEU）開展相關評估工作，在不同水平壓力參數項目設置條件下，處理催化劑物所產生的費托合成技術因素與影響作用效果也會呈現出顯著差異。

2.4 催化劑物質形態活化過程及活性水平評價

針對存留在氧化技術狀態下的SFT418-7 催化劑形態，以及液體石蠟物質在費托合成反應器技術設備外調制成漿液狀，繼而將其壓入費托工藝流程對應的合成反應器設備中，在費托合成中間物質形態被實際壓入活化器技術設備內部空間后，在短時間內開展快速升溫技術處理，實現SFT418-7 催化劑物質形態的還原與活化技術處理基本目標。

在催化劑形態活化技術處理環節結束后，要針對其各種化學成分對應的技術性能展開數據監測工作，根據其展現的總體穩定度，對各項工藝參數項目開展比對處理，實現各項實驗工藝參數項目呈現出穩定狀態，同時對催化劑實際具備的活性狀態展開評價[7]。

在針對新鮮合成氣物質形態、費托反應尾氣物質形態和入塔氣物質形態實施組成結構分析過程中，選取GC-2010 氣相色譜儀技術設備，實際涉及的檢測技術方法類型主要有：三氧化鋁色譜柱檢測法、熱導池檢測法、氫火焰離子化檢測法。

3 結果與討論

SFT418 催化劑在高費托反應過程中展現的催化技術活性水平相對較高，新鮮合成氣物質形態呈現空速旋轉度技術參數項目數值測定水平較高，高溫化學反應技術環境中的轉化率技術參數項目測算數值能夠達到91%。而針對甲烷氣體物質形態的選擇性水平發揮程度則相對比較低，僅在2%左右，不同催化劑實際需要的處理技術條件也存在顯著差異，在費托合成技術工藝具體運用過程中，針對實際獲取的實驗數據測算結果，將H2與CO 的轉化率技術參數項目選做控制節點，能夠保障實際獲取的催化劑化學反應活性處在較高水平，且指向CO2物質的選擇性也處在較高水平[8]。

4 催化劑對催化劑費托合成反應性能的影響

4.1 催化劑對鐵基費托反應活性的影響

催化劑實際具備的活性，事實上就是化學反應過程中需要依賴外界環境提供的能量支持條件，相關研究顯示，在所有類型的化學反應開展過程中，都需要經歷活化環節，在此環節利用的能量要素就是通常所說的活化能。現有研究結果證實，對催化劑的科學選擇運用，能夠有效提升化學反應的總體推進速度[9]。

根據化學反應的動力學方程式可以知曉，化學反應的推進速度，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 催化劑對鐵基費托反應選擇性的影響

催化劑發揮的主要技術作用就是改變化學反應過程的實際推進速率，其不但能夠實現化學反應的推進速度顯著加快，還能針對化學反應過程施加抑制作用。

5 結語

我國現有的能源使用消費結構，煤炭依然占據主導性地位，通過利用費托合成技術將合成氣體物質轉變成燃料油，實際獲取的產物中不包含硫元素、氮元素以及芳香烴類物質，能夠有效滿足現階段環境保護要求和理念，解決煤炭焚燒過程中出現的環境破壞問題，間接為石油能源的安全合理使用，提供扎實且充分的基礎支撐條件。