[发明专利]一种利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法

说明书

一种利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法，将煤炭或生物质原料磨碎，得到碳基原料颗粒；将催化剂主成分的前驱体与碳基原料颗粒混合均匀，然后进行预热处理，使其形成半焦负载金属氧化物；以半焦负载金属氧化物作为气化反应的物料，在反应器中进行气化反应；将步骤三反应后的余渣置于惰性气体保护下冷却至100℃以下，得到多孔炭负载金属催化剂。利用煤炭或生物质中温气化反应的产物为富氢气体和多孔炭、金属氧化物可促进煤炭或生物质的催化气化的技术要素，实现了利用煤炭或生物质气化反应的过程参数来调控催化剂制备过程的目的，开发出了金属催化剂原位负载于多孔炭上并可原位还原的新型工艺技术。

技术领域

本发明属于能源化工领域，具体涉及一种利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法。

背景技术

据统计，90％以上的工业过程都会使用催化剂，如化工、石化、生化、环保等。而催化剂的制备方法对催化剂的催化活性和稳定性具有重要影响。其中，沉淀法和浸渍法是两种非常成熟且常用的催化剂制备方法。沉淀法通常是在一种或多种金属盐溶液中加入沉淀剂(如碳酸钠、氢氧化钠)，经沉淀、洗涤、过滤、干燥、成型、焙烧、活化后，即可得到最终催化剂产品。此法一般用于制造分散度高并含有一种或多种金属的催化剂，在制造多组分催化剂时，适宜的沉淀条件对于保证产物组成的均匀性和制造优质催化剂非常重要。浸渍法通常将载体放进含有活性物质的液体中浸渍，制备负载型催化剂最常用的方法。浸渍法的一般步骤如下：将载体浸泡在含有活性组分的可溶性化合物溶液中，接触一定的时间后(除去过剩的溶液)，再经干燥、焙烧和活化处理，即可制得相应的催化剂。

此外，现已报道的催化剂制备方法还有混合法、热熔融法、离子交换法、喷涂法等。然而，鲜有利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法方面的研究或报道。

发明内容

基于煤炭或生物质中温气化反应的产物为富氢气体和多孔炭(Chemical Papers,2017,https://doi.org/10.1007/s11696-017-0278-5)、金属氧化物(如NiO、Fe₂O₃等)可促进煤炭或生物质的催化气化的出发点，本发明提出了一种利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法，实现了利用煤炭或生物质气化反应的过程参数(如气化反应的温度、压力、水蒸汽进料量、反应时间等)来调控催化剂制备过程的目的，开发出了金属催化剂原位负载、原位还原的新型工艺技术。本发明设计简单、投资成本低，便于工业化应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用煤炭或生物质气化制备多孔炭负载金属催化剂的方法，包括以下步骤：

步骤一、煤炭或生物质原料的预处理：将煤炭或生物质原料磨碎，得到碳基原料颗粒；

步骤二、催化剂成分的预备：按照1:(1～50)的质量比，分别称量催化剂主成分的前驱体和碳基原料颗粒，并将催化剂主成分的前驱体与碳基原料颗粒混合均匀，然后进行预热处理，使其形成半焦负载金属氧化物；

步骤三、气化反应过程的调控：以半焦负载金属氧化物作为气化反应的物料，在反应器中进行气化反应；

步骤四、催化剂产品的形成：将步骤三反应后的余渣置于惰性气体保护下冷却至100℃以下，得到多孔炭负载金属催化剂。

本发明进一步的改进在于，生物质原料为木屑。

本发明进一步的改进在于，碳基原料颗粒的尺寸为60～200μm。

本发明进一步的改进在于，催化剂主成分的前驱体为铁、钴、镍、铜、锌、铝、镁中的一种或几种金属的硝酸盐或氯化物。

本发明进一步的改进在于，采用浸渍法或机械混合法将催化剂主成分的前驱体与碳基原料颗粒混合均匀。