[发明专利]用于煤催化气化的三元催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煤催化气化的三元催化剂及其制备方法，具体地，涉及一种添加有含钙物质的硫酸钾-硫酸亚铁三元催化剂及其制备方法。

发明背景

煤的催化气化是指煤在中低温条件(700℃左右或更低)，通过催化剂的催化作用，煤被气化为CO、H₂、CH₄等气体。典型煤催化气化的研究有EXXON的煤催化气化制甲烷研究(1976年提出)和日本的煤催化气化制氢技术(HyPr-RING技术，1999年实施)(参见非专利文献1-4)。这两项研究的共同特点是：都架构于煤催化气化基础之上，降低煤气化反应温度；不同之处在于目标产物的不同，一是甲烷，另一是氢气。

作为催化碳水反应的催化剂，多年来科学家已经试验几乎周期表中所有的元素，经研究发现其中碱金属，碱土金属催化剂，以及以铁、镍为代表的第八族元素的催化活性最好，其中碱金属中碳酸钾的性能最优，且不存在气化产品气中硫化氢使之中毒的现象。相比而言，作为与之催化活性相近的铁、镍等元素却因为对硫化氢非常敏感，会很快失活而活性非常低。

现有的催化气化工艺中所使用的碳酸钾催化剂价格昂贵，且易与煤灰反应生成不能溶于水的硅酸铝钾(KAlSiO₄)和硫化铁钾(KFeS₂)，从而导致催化剂的失活同时使得其后的回收工艺变得复杂。这样就造成了大量的能源消耗了，继而大大增加了整个工艺的能耗。催化剂用到碱金属和碱土金属盐类，这些原料的使用也将增加生产成本。

J.F.Akyurtlu提出了一种硫酸钾-硫酸亚铁的二元催化剂，并且认为这种二元催化剂的催化活性与K₂CO₃的催化活性相当甚至更高，并且认为甲烷选择性随钾含量的增多而降低(参见非专利文献5)。在使用这种二元催化剂进行煤的催化气化的情况下，硫酸亚铁在气化炉的还原气氛中被还原为单质铁，单质铁帮助硫酸钾的硫酸根水解还原，最终转变成氢氧化钾以进行催化作用，在此氢氧化钾是公认的真正起催化作用的物质，因为所有的钾盐催化剂的阴离子都必须转变成氢氧根才能起催化作用；但是钾盐容易和煤中矿物质反应生成不溶性的矿物质而失活，进而影响这种二元催化剂的催化活性。

[非专利文献1]T.Kalina，″Exxon catalytic coal gasification process：Predevelopment program，″Exxon Research and Engineering Co.，Baytown，Texas FE236920，Jul.1976-Jun.1977 1977。

[非专利文献2]T.Kalina and N.C.Nahas，″Exxon catalytic coal gasification process：Predevelopment program.Final project report，″Exxon Research and Engineering Co.，Baytown，Texas FE236924，1978。

[非专利文献3]N.C.Nahas，″Exxon catalytic coal gasification process：Predevelopment program，″Exxon Research and Engineering Co.，Baytown，Texas FE236923，Dec.1977。

[非专利文献4]N.C.Nahas，″Exxon catalytic coal gasification process：Predevelopment program，″Exxon Research and Engineering Co.，Baytown，Texas FE236921，Jul.-Sept.1977。

[非专利文献5]J.F.Akyurtlu and A.Akyurtlu，“Catalytic gasification of Pittsburgh coal char by potassium sulphate and ferrous sulphate mixtures”，Fuel Processing Technology 43(1995)71-86。

发明内容