[发明专利]制备催化的煤微粒的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备基本自由流动的载有碱金属气化催化剂的煤微粒的方法，所述煤微粒适合作为原料用于经由该载有催化剂的煤微粒在蒸汽存在下的催化气化生产气态产物，特别是甲烷。

发明背景

考虑到许多因素，如更高的能源价格和环境关系，由较低燃料值的碳质原料，如石油焦和煤生产增值气态产物受到持续的关注。例如在US3828474、US3998607、US4057512、US4092125、US4094650、US4204843、US4468231、US4500323、US4541841、US4551155、US4558027、US4606105、US4617027、US4609456、US5017282、US5055181、US6187465、US6790430、US6894183、US6955695、US2003/0167961A1、US2006/0265953A1、US2007/000177A1、US2007/083072A1、US2007/0277437A1、US2009/0048476A1、US2009/0090056A1、US2009/0090055A1、US2009/0165383A1、US2009/0166588A1、US2009/0165379A1、US2009/0170968A1、US2009/0165380A1、US2009/0165381A1、US2009/0165361A1、US2009/0165382A1、US2009/0169449A1、US2009/0169448A1、US2009/0165376A1、US2009/0165384A1、US2009/0217584A1、US2009/0217585A1、US2009/0217590A1、US2009/0217586A1、US2009/0217588A1、US2009/0217589A1、US2009/0217575A1、US2009/0217587A1、US2009/0220406A1、US2009/0229182A1、US2009/0246120A1、US2009/0259080A1、US2009/0260287A1和GB1599932 中公开了此类材料的催化气化以制造甲烷和其它增值气体。

通常，碳质材料，如煤或石油焦可通过该材料在碱金属催化剂源和蒸汽存在下在升高的温度和压力下的气化转化成多种气体，包括增值气体，如甲烷。从气化器产生的粗制气体中除去细的未反应碳质材料，在多个工艺中冷却和洗涤该气体以除去不合意的污染物和其它副产物，包括一氧化碳、氢气、二氧化碳和硫化氢。

尽管已建议通过将煤与所选催化剂混合来改进煤的气化，但迄今提出的方法尚未完全成功。例如，用催化剂浸渍煤的已知方法包括（a）用催化剂溶液喷洒煤和（b）将煤浸泡在催化剂溶液中。这些催化剂浸渍方法的缺点在于产生催化剂载荷没有高度分散的煤和因此具有降低的气化效率的煤。

对之前并入的US2009/0048476A1中公开的将碱金属催化剂加载到煤上的传统方法的一种改进涉及扩散催化剂加载离子交换法（diffuse catalyst loading ion exchange process）。这优化催化剂物类在整个煤基质中的分散和分布，从而产生具有更高气化活性的催化煤颗粒。为了获得最大益处，所公开的方法要求在催化剂水溶液中长期浸泡煤并仔细控制该溶液中的催化剂浓度。浸泡产生的湿滤饼具有高的水含量并通常必须在最终干燥前沥干，造成工艺低效性。

因此，在本领域中需要提供将催化剂加载到煤原料上的更有效方法，其在尽可能的程度上利用扩散催化剂离子交换加载的益处，同时改进总工艺效率。

发明概述

一方面，本发明提供由煤原料制备基本自由流动的载有碱金属气化催化剂的煤微粒的方法，该方法包括下列步骤：

（A）提供具有初始含湿量和初始酸性官能团浓度的煤原料；

（B）研磨该煤原料；

（C）将来自步骤（B）的煤原料分级至指定的粒度分布以产生具有基质并包含第二浓度的酸性官能团的煤微粒；

（D）使该煤微粒与一定量的包含一定浓度的碱金属气化催化剂的水溶液接触，以形成具有指定的碱金属原子/碳原子比和第二含湿量的载有碱金属气化催化剂的煤微粒湿滤饼；和

（E）按需要热处理该载有碱金属气化催化剂的煤微粒湿滤饼以降低第二含湿量，从而制造基本自由流动的微粒形式的载有碱金属气化催化剂的煤微粒，

其中：

（a）酸性官能团的第二浓度为初始浓度的至少大约50%；