[发明专利]使用纳米催化剂气化作为燃料低价值的含碳原料的方法

说明书

本发明描述了包含作为燃料低价值的含碳原料和纳米催化剂的混合物。所述催化混合物包含以重量计1%至50%的纳米催化剂；和以重量计99%至50%的选自石油焦炭、煤、石油残渣重馏分或它们的混合物的含碳原料。基于所述纳米催化剂的总重量，所述纳米催化剂包含以重量计浓度在99.99%和80%之间的碳纳米材料和以重量计浓度在0.01%和20%之间的至少一种碱金属，以及所述纳米催化剂的比表面积在400和1300 m2/g之间变化。此外，本发明还描述了气化催化混合物的方法，其包括以下步骤：将混合物放入气化炉；在选自空气、纯氧、二氧化碳、水蒸气或它们的混合物的氧化剂存在下，将混合物于在200和1300℃之间变化的温度下加热；和得到包含H2、CO、CO2、CH4的气态产物。

技术领域

本发明涉及在具有较低能量消耗的纳米催化剂的存在下，化石来源的含碳材料的气化方法。

更具体地，本发明涉及包含纳米催化剂和作为燃料低价值的化石来源的含碳原料的混合物的气化方法，所述含碳原料例如石油焦炭、煤、重残渣油馏分或它们的混合物。

背景技术

对能源不断增长的全球需求加上其高昂的价格，以及对环境的持续关注，是导致从具有低燃料价值的含碳原料(例如来自油和煤的重馏分的废物)开发具有高附加价值的产物的一些主要因素。

油的重馏分的加工产生大量的真空残渣(经加工的原油总量的约40%)。还可通过焦化方法加工此残渣，以提取液体馏分和气体馏分。源自焦化方法的含碳固体残渣被称为石油焦炭。

增加例如煤和石油焦炭的固体含碳原料的价值的一种方法是通过气化方法。在气化方法中，固体原料被转化为被称为合成气的可燃气态产物。

气态产物除可能包含惰性气体和例如颗粒物和焦油的几种污染物外，还包含例如CO₂、CO、H₂、CH₄、H₂O的气体。得到的产品在例如汽油和甲醇的次级产物的形成、以及能量回收、发电中均具有广泛的应用。

在气化方法中，在氧化剂的存在下进行含碳原料的热化学转化，所述氧化剂通常选自空气、水蒸气、CO₂、纯O₂或它们的混合物。得到的气态产物的热值范围将取决于使用的氧化剂。

此外，在限制将H₂完全氧化为H₂O和将CO完全氧化为CO₂的条件下进行气化方法。在此方法中发生的一些主要化学反应如下：

燃烧: C_nH_m + n O₂ = n CO₂ + ^m/₂ H₂

部分氧化: C_nH_m + ⁿ/₂ O₂ = n CO + ^m/₂ H₂

甲烷化: C_nH_m + 2n H₂ = n CH₄ + ^m/₂ H₂

变换反应,气体/水: CO + H₂O = CO₂ + H₂

甲烷化 - CO: CO + 3 H₂ = CH₄ + H₂O

蒸汽重整: C_nH_m + H₂O = n CO + (n + ^m/₂) H₂