[发明专利]原料预处理方法及催化气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化气化技术领域，尤其涉及一种原料预处理方法及催化气化方法。

背景技术

煤催化气化制天然气技术是对传统煤气化技术的革新，该技术引入了可以同时催化水煤气反应、水煤气变换反应和CO/H₂甲烷化反应的催化剂，能够在低温中压条件下生成富含甲烷的气体；煤催化气化技术可有效降低反应温度、提高反应速率，并提高目的产物的收率，与其它煤气化制甲烷技术相比，具有热效率高、甲烷含量高、水耗低等优点，同时有利于CO₂的集中捕获、处理及其它污染物的脱除，引起世界各国的极大关注。

煤催化气化技术使用的催化剂主要有碱金属、碱土金属和过渡金属等的无机化合物，而碱金属催化剂的催化活性较佳，已得到研究人员的广泛认同。研究人员关于碱金属催化剂的催化机理开展了大量研究，获广泛认同的为碱金属催化剂的氧化还原机理，即碱金属如K通过氧化、还原反应完成氧的传递循环。碱金属催化剂同碳质原料接触发生反应，被表面的碳还原得到–CO₂K、–COK、–CK表面活性物质，这些物质是催化气化反应的活性组分。因此，煤催化气化过程中，气化速率取决于活性组分的含量，即催化剂的还原程度。

目前，煤催化气化技术的工艺流程通常为：将负载有碱金属催化剂的煤颗粒加入到催化气化反应器中，使煤颗粒在碱金属催化剂的存在下与水蒸气、CO、H₂、O₂等组成的气化剂发生气化反应，生成甲烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳、焦油等产物。催化气化过程中，添加的碱金属催化剂通过在催化气化反应器内循环进行氧化还原反应以催化气化反应的进行。然而，在催化气化过程中，水蒸气、CO、H₂、O₂等气化剂会在一定程度上抑制煤颗粒表面的碱金属催化剂的还原程度，从而影响碱金属催化剂在煤颗粒上的均匀分散及催化活性，进而影响碳质颗粒的气化速率。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种原料预处理方法及催化气化方法，能够提高碳质原料表面的催化剂的还原程度，使催化剂在碳质原料上具有较高的催化活性并均匀分散，从而提高气化速率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种原料预处理方法，包括：

对碳质原料进行催化剂负载；

对负载催化剂的碳质原料进行热解预处理。

具体地，对负载催化剂的碳质原料进行热解预处理时，所述催化剂同碳质原料表面结合，与碳反应并被还原为–CO₂M、–COM、–CM表面活性物质，其中，M为所述催化剂的金属阳离子。

可选地，所述对负载催化剂的碳质原料进行热解预处理具体包括：

使用不含氧原子的气体为介质对负载有催化剂的碳质原料进行热解预处理，其中，所述热解预处理的操作温度为500～750℃，操作压力为0～5MPa，热解时间为10min～3h。

优选地，所述热解预处理的操作温度为600～700℃，和/或

操作压力为0.1～4MPa，和/或

热解时间为20min～2h。

可选地，所述不含氧原子的气体包括氮气、惰性气体、不含氧原子的还原性气体中的至少一种。

可选地，所述催化剂包括碱金属催化剂和/或碱土金属催化剂。

另一方面，本发明还提供了一种催化气化方法，包括：

使用上述任一技术方案提供的原料预处理方法对催化气化的原料进行预处理；

对预处理后的原料进行催化气化反应。

可选地，对预处理后的原料进行催化气化反应时，催化气化的操作温度为600～800℃，操作压力为0～5MPa。

优选地，所述操作温度为650～750℃，操作压力为0.1～4MPa。

本发明实施例提供的原料预处理方法及催化气化方法，在进行煤的催化气化反应之前，先对负载有催化剂的碳质原料进行热解预处理，使添加的催化剂同碳质原料表面结合形成催化气化反应的表面活性物质，增加了催化剂同碳质表面的充分接触及反应程度，提高了催化剂的分散程度，得到更多的活性气化组分，大大提高了碳质颗粒的气化反应速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。