毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.1费托合成

随着我国经济社会的蓬勃发展，工业化程度进一步提升，各行业对液体燃料的需求也不断提升。据《BP 2030世界能源展望》报道，到2030年，中国的石油的消费将增长到1750万桶/天，超过美国成为世界上最大的石油消费国^[1]。但是我国是一个典型的煤多油少的国家，因此，将煤、天然气、生物质转化为合成气（H₂、CO）再通过催化作用，即费托合成，生成液体燃料，这将会极大程度上缓解我国油品紧缺的状态。

1.1.1费托合成简介

费托合成技术是指CO在合适反应条件和催化剂的作用下，与H₂反应生成烃类产物的过程。1923年由就职于Kaiser Wilhelm研究院的德国化学家Franz Fischer和Hans Tropsch开发而成^[2,3]，故命名为Fischer-Tropsch synthesis，中文名为费-托合成。

1.1.2 费托合成产物

费托合成是一个典型的少反应物、多反应产物的反应，其原料只有CO和H₂，却能够生成百种以上的反应产物^[4]。包括:烃类、醇、醛、酮等化合物，以及水和CO₂等。

传统的F-T合成的碳链增长服从聚合机理，反应产物分布极其宽（C₁-C₂₀不同烷烃，烯烃的混合物和少量的含氧化合物），除了甲烷和高分子量的石蜡烃具有极高的选择性外，其余的馏分的选择性都有极限。这种限制服从Schulz-Flory(SF)分布规律^[5]。即：W_n=nα^n-1(1-α)²。其中n为产物碳数，W_n是碳数为n组分的产物总质量，α是碳链增长几率。费托合成产物对单一馏分的选择性较差，因此，目前费托合成的研究热点就是开发能够减少甲烷生成、高选择性地合成目的烃类的催化剂。

1.1.3费托合成催化剂

研究表明，几乎元素周期表上所有的第Ⅷ族金属元素都有费托合成的催化活性，但是只有Fe、Co、Ni、Ru及Rh是费托合成主要使用的催化金属，反应活性顺序为：Ru﹥Fe﹥Ni﹥Co﹥Rh^[6]，金属Ru的活性最高，但是Ru的价格昂贵，不适合作为工业上大规模生产所使用的催化剂。Ni催化剂活性虽高，但是在高温下甲烷化反应较为严重，不适合作为合成长链烃的催化剂，而且在反应中会生成羰基镍，损耗活性金属。因此，费托合成中常用Fe和Co作为催化剂。虽然Fe基催化剂拥有无与伦比的价格优势且具有操作条件宽、产物可调性大的特点，但是，Fe基催化剂在高温反应时易积碳和中毒，生产长碳链产物能力差^[7]等特点同样制约了其发展。而Co基催化剂具有水煤气反应活性低、不易积碳、催化加氢活性高、CO₂的选择性低、对长链烃的选择性高、产物中含氧化合物较少等特点，是目前研究发现的合成长链烃较好的催化剂体系^[8]。