Structure and kinetics of iron-catalysts in the initial phase of the Fischer-Tropsch synthesis: Combination of Operando-XRD and studies in a fixed-bed reactor
Technical Chemistry
Final Report Abstract
Im Projekt wurden eisenbasierte Fischer-Tropsch-Synthese(FTS)-Katalysatoren durch Röntgendiffraktometrie und in einem Laborreaktor untersucht. Als Katalysatoren kamen Eisensinterkatalysatoren zum Einsatz, als Promotoren wurden Cu, K, Zn, Al und Si eingesetzt. Die Phasenzusammensetzung der „arbeitenden“ Katalysatoren wurde in einer Messzelle unter Reaktionsbedingungen im Röntgendiffraktometer (XRD) bestimmt und in einem Festbett-Laborreaktor die Aktivität und Selektivität unter gleichen Bedingungen gemessen. Die meisten Katalysatoren konnten vor der Formierung unter Synthesegas vollständig reduziert werden, und die festgestellten Karbide wurden aus dem Eisen gebildet. Es wurden im Wesentlichen zwei Karbide gefunden, Fe5C2 (Hägg Karbid) und Fe2C (η-Karbid), selten Fe3C (Zementit). Es ist möglich durch Variation der Temperatur und der Gaszusammensetzung Einfluss auf die Art und Zusammensetzung der Karbide zu nehmen; auch die eingesetzten Promotoren beeinflussen die Karbidisierung. Es wurde festgestellt, dass nach dem Abschluss der Karbidbildung und kein Eisen mehr zur Verfügung ist, sich die Zusammensetzung der Katalysatoren im untersuchten Bereich (200 bis 250 °C, H2/CO = 0 bis ∞) kaum noch ändert. Zwar wurden deutliche Unterschiede in Zusammensetzung, Aktivität und Selektivität gefunden; diese scheinen aber lediglich Einflüsse der eingesetzten Promotoren zu sein. Katalysatoren mit der gleichen Promotorenzusammensetzung, aber unterschiedlichen Karbidzusammensetzungen wiesen im Bereich der Messgenauigkeit gleiche katalytische Eigenschaften auf. Dies ist ein starkes Indiz dafür, dass sehr wahrscheinlich die Aktivität und Selektivität nicht durch die verschiedenen sich bei der Formierung bildenden Karbide bestimmt wird.
Publications
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Catalytic Behavior and In Situ X‐Ray Diffraction of Promoted Iron Catalysts for Fischer‐Tropsch Synthesis. Chemie Ingenieur Technik, 94(11), 1756-1764.
Wen, Ruoxi; Thiessen, Johannes & Jess, Andreas
