[发明专利]一种煤催化气化催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和用途，特别是涉及一种用于煤催化气化的催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

煤的气化作为煤炭加工转化的重要手段之一，越来越受到人们的重视。这是因为煤气化可以提供合成气和代用天然气。若能利用高灰煤、粉煤等劣质煤进行气化，对保护环境降低成本有重要意义。作为一种温和气化技术，煤的催化气化一直是人们颇感必趣的研究课题．其中的关键是催化剂的选择。至今已研究的煤催化气化催化剂几乎包括了整个元素周期表的金属元素。主要有以下几大类：（1）以碱金属和碱土金属为主的金属氧化物、金属氢氧他物以及盐类，包括NaOH、KOH、CaCO₃、K₂CO₃、Na₂CO₃、CaO等；（2）过渡金属，主要包括铁、钴、镍等，其中Ni表现出较佳的催化活性；（3）稀土金属，主要是Ce(NO₃)₃，考虑到价格的昂贵和催化剂活性不高等因素，迄今为止以稀土金属做催化剂的煤炭气化研究并没有引起人们的实际兴趣；（4）煤中的矿物质或灰分，无论是哪种煤或多或少总会含有一定量的矿物质(Fuel,2000,79:427-438)。其中碱金属碳酸盐，如K₂CO₃，是目前公认的优良催化剂，但该催化剂价格较为昂贵，为10000元/吨，同时，由于煤中黏土矿物的存在，在气化过程中K₂CO₃与黏土矿物发生反应生成硅酸铝钾，致使催化剂失活；而硅酸铝钾又不溶于水，导致催化剂回收困难，难以循环利用；而KCl价格相对较便宜，为5000元/吨，但直接采用浸渍法或固相混合法将KCl担载于煤基材料，其气化效率较低，这主要是归因于Cl^-电负性较强，使得阴、阳离子之间具有非常强的亲和力，结果致使阳离子不能很好地与煤基材料表面的官能团有效键合，从而不能表现出优异的催化效果，同时 Cl^-可能会对反应器材料产生腐蚀，因而制约了价格低廉Cl^-金属盐在煤气化上应用(Energy & Fuels,1987,1:308-309)。

据报道目前海水中已发现80多种化学元素，但其含量差别很大。主要化学元素是氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟等12种，其含量约占全部海水化学元素含量的99.8—99.9%，因此被称为海水的大量元素。其它元素在海洋中含量极少，都在1毫克/升以下，称为海水的微量元素。海水化学元素最大特点之一是上述12种主要离子浓度之间的比例几乎不变，因此称为海水组成的恒定性。海水中氯化物含量最高，占88.6%，其次是硫酸盐占10.8%。

因此，开发出将价格低廉且来源丰富的卤离子（如F^-、Cl^-和Br^-）金属盐为煤催化气化催化剂一种发明技术，这对于推进第三代煤气化技术向工业化迈进具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明依据目前价格低廉的卤离子金属盐为煤催化气化催化剂在煤气化过程表现出低的气化效率，提供了一种利用离子交换技术将氯离子金属盐中的阳离子组分有效分布于煤基材料上，阳离子以原子级分散于煤基材料上，同时避免了卤离子（如F^-、Cl^-和Br^-）对反应器的腐蚀，将采用本发明制备的催化剂用于固定床反应器中进行煤催化气化反应中，活性结果表明利用本发明所提供的催化剂，该催化剂在煤气化反应中表现出优异的煤转变为气相产物的转化率和甲烷生成量。

本发明煤催化气化催化剂，其特征在于所述催化剂的前驱体为卤离子金属盐，催化剂有效组分在煤基材料上呈原子级分布，催化剂与煤基材料之间有强相互作用力形成混合物，该混合物的粒径为60目-100目，活性组分的担载量为金属质量与碳基材料质量比，担载量为6%-30%，优选的担载量为10%~25%。

所述煤基材料为褐煤，次烟煤，烟煤，焦炭，石油焦或无烟煤；

所述卤离子金属盐，可为KCl、NaCl、CaCl₂、FeCl₃、MgCl₂、NiCl₂、KBr、KF中的一种、两种或两种以上的组合；

本发明煤催化气化催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：