[发明专利]负载催化剂的煤组合物，制造方法和用途

说明书

本案是申请号为200880101382.X，申请日为2008-07-23，题目为“负载催化剂的煤组合物，制造方法和用途”的申请的分案。

本申请要求了美国临时申请序列号No.61/066,130(2007年8月2日申请)的优先权，它的公开内容对于所有目的被引入这里供参考，就象在这里充分阐述一样。

本发明的领域

本发明涉及从煤(coal)制造甲烷的集成方法(integratedprocesses)。本发明还涉及其中催化剂负载到煤上的方法。本发明进一步涉及改进的负载催化剂的煤组合物。

相关技术的背景叙述

从煤生产气体的方法在高能量价格的当前环境下受到了加倍重视。特别是在流化床反应器中使用蒸汽所进行的煤的催化增强的气化。此类方法具有能量有效和需要较低投资费用的潜力。

煤的气化典型地通过让蒸汽和煤在非常高的温度下，或在碱金属催化剂存在下在中等温度下来实现。早期的工作集中于负载于煤颗粒上的I和II族金属作为催化剂的用途。然而，这些方法在煤上负载催化剂时以及在催化剂从气化器排放的焦炭中的回收和再循环利用上会遇到缺点。US3828474描述了使用催化剂，如用碱金属改进的负载镍催化剂，从烃类生产甲烷的方法。US3958957公开了使用钾作为气化催化剂从煤生产甲烷的方法。US4092125公开了将催化剂引入在煤上的水热方法。US3998607和US4057512公开了碱金属回收的方法。US4094650公开了在碳-碱金属催化剂和添加的氢气和一氧化碳存在下从含碳原料生产甲烷和二氧化碳的方法。US4204843公开了其中同时使用碱金属和碱土金属催化剂的方法。US4468231公开了其中碱金属和碱土金属阳离子在氧化性气体存在下进行离子交换的方法。GB1599932公开了负载方法，它使用煤的空气氧化以增大氧含量并用钾或钠或碱土金属的氢氧化物的碱性溶液处理煤。

尽管已经建议通过煤与所选择的催化剂掺混改进煤的气化，但是在此以前建议的技术没有完全地成功。例如，用催化剂浸渍煤的已知方法包括：a)催化剂与煤的物理掺混，和b)初始润湿(“IW”)浸渍，其中含催化剂的溶液被添加到干燥煤中，溶液的体积没有过量，但是刚好足以完全地填充煤的孔隙。煤浸渍的这些方法遭遇到生产出具有不是高度分散的催化剂负载的煤，和因此(生产出)具有降低的气化效率的煤的缺点。现有技术很少强调具有高度分散的催化剂负载的负载催化剂的煤，以及制备它的方法。因此，本发明的目的是提供从煤生产甲烷的改进方法。本发明还有一个目的是提供将催化剂负载于煤上的改进方法，以便提供特别适合于煤气化成甲烷的煤组合物。

本发明的概述

本发明涉及负载催化剂的煤组合物，后者导致有效、高产的气化成甲烷，特别当用于稳态的集成气化方法中时。本发明的负载催化剂的煤组合物具有在整个煤基质中高度分散的催化剂，和在较低催化剂负载量下的高气化活性。本发明的负载催化剂的煤组合物特别可用于在约450℃到约750℃范围内的中等温度下的气化。本发明的一个方面是利用一个过程生产高度分散地负载催化剂的煤组合物的方法，该过程包括通过例如扩散和离子交换法负载催化剂。此类方法容易地与催化剂回收过程相结合，据此回收的催化剂能够以相对稀的溶液形式再循环利用。本发明的另一个方面是提供生产负载催化剂的煤组合物的方法，该组合物相对于催化剂负载的量和催化剂的分散度而言具有高度的可预测性和可再现性。本发明的又一个方面是提供负载催化剂的煤组合物以及制备该组合物的方法，该方法能够容易地引入到从煤-到-甲烷的气化过程中并且能够导致，与以前所已知的相比，甲烷气体的更高成本效率的、更高产率的生产。

根据本发明的负载催化剂的煤组合物一般包括煤和气化催化剂，其中(i)煤包括含有包括酸性官能团的离子交换位点的基质；(ii)组合物具有低于约6wt％的水分含量；(iii)气化催化剂是碱金属阳离子或它们的混合物；(iv)气化催化剂的存在量使得催化剂原子与碳原子的比率是在约0.01到约0.1范围内；和(v)负载催化剂的总量的约50％以上通过在煤的酸性官能团上的离子交换作用与煤基质相结合。该催化剂应该高度分散在整个煤基质中。