[发明专利]一种制备甲烷化炭材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭材料的制备方法，特别是一种低阶煤或生物质制备甲烷化炭材料的方法。 

背景技术

低阶煤是变质程度较低的一种煤，包括褐煤、长焰煤等。 

    甲烷化炭材料是低阶煤经催化热解制备的一种炭材料。低阶煤或生物质低温催化热解过程中发生脱氧和缩合反应，通过脱氧反应，羧基等官能团分解为CO₂、CO和H₂O，通过小分子和大分子结构之间的缩合增加了缩合物中的烷基等结构，增加了甲烷化炭材料的氢含量，通过较缓慢的炭化过程增加产物的比表面积，提高了产物的加氢活性，该工艺制备的甲烷化炭材料易与氢反应生成甲烷。 

低阶煤中氧含量由两个因素决定：表面含氧官能团与低阶煤中的吸附氧，低阶煤中含氧官能团主要以羟基(-OH)、羧基(-COOH)、醚键(-O-)、甲氧基(-OCH₃)和羰基(C=O)官能团为主。表面含氧官能团含氧量高，而吸附氧量较少；低阶煤具有复杂的微孔结构，高比表面积特性决定了其容易吸附氧气。 

    阻燃剂是预防甲烷化炭材料与空气接触氧化发生自燃的物质。按元素种类阻燃剂划分为卤系、有机物系、卤磷系、无机物系等。其中有机卤素系和有机磷系阻燃剂易造成环境污染，不宜作为预防甲烷化炭材料自燃的阻燃剂，本发明选用对环境无污染，且价格适宜的无机化合物氢氧化镁作为阻燃剂。 

    煤或生物质制备甲烷化炭材料问题如下：高阶煤中氧含量低，其加氢制甲烷时耗氢量低，但是高阶煤加氢反应性低，高阶煤不宜用作加氢制甲烷的炭材料；低阶煤的孔结构发达，比表面大，加氢活性高，但含氧量高，直接用于加氢制甲烷时氢消耗高，且产品气中焦油含量高，导致了产品气的分离净化困难且负荷大。本发明的目的就是克服上述低阶煤或生物质直接加氢制甲烷存在的不足，提出对低阶煤进行催化脱氧和缩合反应，以得到低含氧、高含氢和高加氢活性的甲烷化炭材料的方法，为防止该甲烷化炭材料的自燃，在其中加入了阻燃剂，形成了一种制备甲烷化炭材料的方法。 

发明内容

本发明针对低阶煤或生物质含氧量高，加氢制甲烷时的氢消耗大，产品气中焦油分离与净化难的问题，提供一种制备甲烷化炭材料的方法。 

本发明所提供的一种制备甲烷化炭材料的方法，其所述方法采用的原料是在300℃恒温干燥脱水1hr，并破碎筛分为10-50mm的低阶煤；在干燥的低阶煤中加入脱氧催化剂，二者质量比为100：0.5-1（wt%），混合均匀；或者 

所述方法采用的原料是破碎到粒径13mm-25mm，200℃恒温烘干0.5-3.5hr的生物质，在干燥的生物质中加入脱氧催化剂，二者质量比为100：1，混合均匀；

再加入氢氧化镁阻燃剂，阻燃剂与原料质量比为0.3-2:100，混合均匀，制得原料混合物；最后将原料混合物加入炭化炉中，常压，无氧条件下，按2~10℃/min的加热速率升温至450~750℃，恒温热解，进行缩合和脱氧反应，热解时间为3-5hr，制得甲烷化炭材料。

在上述技术方案中，其所附加的技术特征在于：所述低阶煤是褐煤或长焰煤；所述生物质是竹木块状物或玉米秸秆；所述脱氧催化剂是CaO与K₂CO₃的混合物，其摩尔比为CaO:K₂CO₃=1:1-3:1；所述脱氧催化剂与低阶煤的质量比选为1：100；所述氧化镁阻燃剂与低阶煤的质量比选为0.5:100；所述恒温热解温度选为550℃；所述热解时间选为5hr。 

本发明提供了一种制备甲烷化炭材料的方法，和现有直接用低阶煤或生物质加氢制甲烷相比，采用本发明方法制得的甲烷化炭材料的含氧量低，加氢制甲烷时的氢消耗低，且加氢反应活性高；产品气中焦油含量低，减轻了产品气净化的负荷，如脱除焦油的负荷。由于在本甲烷化炭材料中添加了无机阻燃剂氢氧化镁预防自燃，所以该炭材料储存周期长、利于防止堆放与运输过程的自燃。本发明制备甲烷化炭材料的技术，搭建了低阶煤或生物质先转化，然后转化的固体产物去制甲烷的桥梁，该技术具有节能减排功能和显著的社会经济效益。 

附图说明

图1 本发明的甲烷化炭材料与褐煤分别加氢制甲烷对比图。 

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行说明。   

实施例1

本实施例是利用低阶煤为原料制备甲烷化炭材料，方法如下：