近年来,由于石油资源的不断消耗以及原油价格的起伏不定,费托(简称F-T)合成作为可将煤、天然气及生物质等含碳资源经合成气(主要为CO和H2)催化转化为清洁液体燃料及其它化学品的重要途径而备受关注。F-T合成作为重要的煤间接液化过程技术,其关键技术之一就是催化剂的研究与开发。在F-T合成催化剂中,铁基催化剂因其具有价格低廉、操作灵活及较高的水煤气变换(WGS)反应活性,适合于低氢碳比的煤基合成气的F-T合成。本文选用Zr和K助剂为改性助剂,结合共沉淀、喷雾干燥及浸渍法等催化剂制备方法,同时采用N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)和Mossbauer谱(MES)等表征方法着重研究Zr助剂添加方式、Zr和K助剂、Zr助剂添加量对铁基催化剂结构、还原碳化性能及F-T反应性能的影响,并在浆态床反应器中对催化剂进行CO消耗动力学研究,以期为F-T合成铁基催化剂的工业应用提供基础支持。制备了由共沉淀与浸渍法添加Zr助剂的改性Fe/SiO2催化剂,并结合多种表征手段研究了Zr助剂的添加方式对催化剂Fe/SiO2的结构、还原和碳化行为、物相结构以及F-T合成反应性能的影响。N2物理吸附结果表明,Zr助剂的添加明显降低了催化剂比表面积和总孔体积,但提高了催化剂的平均孔径。H2-TPR和CO-TPR结果表明由于存在Fe和Zr的相互作用,Zr助剂的添加抑制了催化剂在H2和CO气氛中的还原。经还原和反应后催化剂Fe/SiO2均具有最高的铁碳化物含量,因而其初始反应活性最高,但催化剂失活较快。Zr助剂抑制了催化剂在还原和反应过程中活性相的形成,降低了催化剂的活性,但Zr助剂的添加明显提高了催化剂的稳定性,采用浸渍法制备的Zr助剂改性催化剂稳定性最佳。Zr助剂抑制了气态烃(CH4及C2-C4)的生成,明显提高了C5+选择性。采用浸渍法引入助剂zr并制备Fe/SiO2、Fe/Zr/SiO2、Fe/K/SiO、Fe/Zr/K/SiO2系列催化剂,研究了Zr助剂、K助剂及Zr与K的协同作用对F-T合成铁基催化剂的结构、还原和碳化行为、体相结构以及F-T合成反应性能的影响。结果表明：Zr和K助剂降低了催化剂的比表面积。Fe和Zr间相互作用抑制了Fe/Zr/SiO2催化剂在H2和CO的还原或碳化；K助剂提高了CO的吸附并促进了催化剂在CO及原料气中的还原、碳化,但抑制了催化剂在H2中的还原和吸附；Zr、K助剂共存时,Zr和K助剂的协同效应进一步提高了对CO的吸附,还促进了催化剂在CO和原料气中的还原和碳化,从而使Fe/Zr/K/Si02催化剂具有最高的反应活性,此外,添加Zr和(或)K助剂明显提高了催化剂的稳定性。zr和(或)K助剂的添加抑制了气态烃(CH4、C2-C4)的生成,促进了链增长反应的进行。催化剂Fe/Zr/K/SiO2气态烃(CH4、C2-C4)选择性最低,C5+选择性最高。此外,烯烃选择性也随着Zr和(或)K助剂的添加而增大。单独添加Zr助剂后催化剂WGS反应活性基本不变,但添加K助剂催化剂的WGS反应活性则明显提高。通过制备不同Zr助剂浸渍量的Fe/Zr/K/SiO2催化剂,研究Zr助剂含量对Fe/K/SiO2催化剂催化结构、还原和碳化行为、物相结构以及F-T合成反应性能的影响。结果表明,添加少量的Zr助剂提高催化剂比表面积,促进催化剂的还原和碳化,提高催化剂的反应活性,但继续增加Zr浸渍量则降低催化剂比表面积,抑制催化剂的还原和碳化,降低催化剂的活性同时加速催化剂的失活。随着助剂zr浸渍量的增加,轻烃(CH4,C2-C4)选择性先减小后增加,而重烃(C5+)选择性变化趋势恰恰相反。此外,烯烃选择性也随着Zr助剂浸渍量的增加而增加。少量Zr助剂对催化剂的WGS反应活性的影响不大,但随着Zr助剂浸渍量的增加催化剂的WGS反应活性明显下降。当n(Zr)：n(Fe)=0.01时,催化剂具有高的CO转化率和高的C5+选择性。在温度为240-270℃、压力为1.0-2.0MPa、H2/CO=0.67、空速为0.3～1.ONL/(g-h)条件下对100Fe/1Zr/3K/12Si02(原子比)催化剂进行了F-T合成反应的CO消耗宏观动力学测定。采用Levenberg-Maquardit算法对动力学参数进行估值,筛选出最终的动力学模型为rCO=9.96×107×exp(-103.90×103/RT)PCOPH20.5/(1+0.87PCO)2,统计检验和相对误差分析显示该模型是适宜的,模型计算值与实验值吻合良好。