[发明专利]煤高效低温催化气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤催化气化领域，提供了一种煤高效低温催化气化方法。

背景技术

煤是一种具有多种污染物质(如硫、氮、微量有毒元素等)的固体燃料，直 接将煤作为家庭燃烧利用效率很低，且会引起多种环境污染。利用煤气化技术，将 煤转化为气体燃料是高效、洁净利用煤的最有效途径之一。利用煤气化技术还可以 生成合成气，再利用合成气生成诸如合成氨、甲醇等多种重要的化工产品。因此， 煤气化技术从很早开始就具有大规模工业生产的前景，而且随着煤气化与化工多联 产技术的发展，我国煤气化的规模也越来越大。此外，利用煤制取氢气，再将氢气 作为燃料电池的燃料是一条高效率、可能达成接近零排放的新的煤能源利用技术途 径，可能在可预见的将来具有广阔的应用前景。

工业化生产的煤气化技术都为不添加催化剂的煤气化技术。气化温度在 1100-1700℃。只有在这样的高温下，气化反应速率才可以满足工业化生产的要求。 但是，煤气化的温度越高，需要消耗越多的煤来维持高温气化状态，并且出口的气 体产品由于温度高，在降温过程中会带来能量损失。此外，在高温气化条件下，受 高温气化反应机理的制约，气体组成中CO的含量很高，在制取合成气或氢气的工 艺中，必须将CO进行重整变换，导致综合能量利用效率低下。

催化气化自上世纪70-80年代开始就得到了广泛的研究，并且延续至今。有大 量公开发表的文献，例如Wang等人的“能源燃料(Energy Fuel)”(2005，19， 2114)。催化气化得到广泛研究的原因在于，在催化作用下，煤的气化反应可以在 较低的温度下快速地进行。例如，在添加钾盐催化剂的情况下，煤气化反应可在 650-750℃的温度范围内进行。由于气化温度低，普遍认为催化气化是一种可以高 效地将煤转化为气体的新工艺。尤其是，可以通过外部加热方式以纯水蒸气作为气 化剂气化，可以不需要用空气燃烧部分煤质来维持气化炉的温度，这样就可以避免 由空气带入的氮气，而氮气的带入在某些气化工艺中是力图避免的。就催化剂而言， 铁盐、氧化钙、钠盐、钾盐以及其它碱金属和碱土金属等都具有不同程度的催化效 果，例如参见Nahas N.C.的“燃料(Fuel)”(1983，62，239)。铁盐和氧化钙 虽然是较廉价的物质，但是它们一般需要更高的温度才显示出一定的催化作用，不 具有很明显的低温催化反应优势。钠盐或含有钠盐的其它废物如纸浆废液(黑液) 等能在较低的温度下产生催化作用，但钠盐具有较强的挥发性，可能在气化过程中 腐蚀气化炉和其它设备，用黑液作为催化剂还有其它不利的因素。综合催化效果和 其它各方面的因素，钾盐是一种公认的较为理想的催化剂。基于以上理由，美国 Exxon公司曾利用钾盐作为催化剂进行了煤催化气化的中试规模技术开发(参见 Lconhardt P.等人的“燃料(Fuel)”(1983，62，200)。但是试验发现，钾盐催 化剂在气化过程中会出现失活现象，不但如此，气化后得到的煤灰中原先可溶于水 的钾盐变成了不溶于水的成分，导致催化剂难以回收加以循环利用。为此人们试图 寻找较廉价的钾盐来作为一次性使用的催化剂，但客观上一次性使用的催化剂必然 带来较大成本。催化气化尽管有其独特的优点，但最终没有被推广到工业化应用。 因此，如何克服催化剂在煤气化过程中的失活问题是进一步开发催化技术的一个重 要技术问题。

因此，本领域迫切需要开发出一种新的煤催化气化方法，该方法能够大幅增 加催化效果，提高气化反应速率，并可用简单的水溶方法回收残留于煤灰中的 钾盐，从而降低了成本，可实现催化气化的工业化生产。

发明内容

本发明的目的是通过工业生产上比较可行的技术进行处理，以达到在很大程 度上抑制催化剂在气化过程中的失活行为，提高气化反应速率，并利用简单的后处 理方法回收和循环利用催化剂，从而提高催化气化的效率，降低催化剂消耗的成本， 从而可使催化气化实现工业化生产，解决了现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种煤高效低温催化气化方法，它包括：

在500-900℃的热解温度下，以煤的重量为100％计，将5-20重量％的选 自氢氧化钙、石灰和石灰石的添加剂与煤混合，热解15-60分钟的时间，以对 煤进行预处理钝化；以及

对经预处理钝化的煤进行催化气化。

在一个优选的实施方式中，所述添加剂为氢氧化钙。

在另一个优选的实施方式中，所述热解温度为700-900℃。