[發明專利]用于煤催化氣化的三元催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201010621029.3
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102527392A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張榮;朱學艷;鄭巖;康守國;畢繼誠
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 柳春琦

技術領域

本發明涉及一種用于煤催化氣化的三元催化劑及其制備方法，具體地，涉及一種添加有含鈣物質的硫酸鉀-硫酸亞鐵三元催化劑及其制備方法。

發明背景

煤的催化氣化是指煤在中低溫條件(700℃左右或更低)，通過催化劑的催化作用，煤被氣化為CO、H₂、CH₄等氣體。典型煤催化氣化的研究有EXXON的煤催化氣化制甲烷研究(1976年提出)和日本的煤催化氣化制氫技術(HyPr-RING技術，1999年實施)(參見非專利文獻1-4)。這兩項研究的共同特點是：都架構于煤催化氣化基礎之上，降低煤氣化反應溫度；不同之處在于目標產物的不同，一是甲烷，另一是氫氣。

作為催化碳水反應的催化劑，多年來科學家已經試驗幾乎周期表中所有的元素，經研究發現其中堿金屬，堿土金屬催化劑，以及以鐵、鎳為代表的第八族元素的催化活性最好，其中堿金屬中碳酸鉀的性能最優，且不存在氣化產品氣中硫化氫使之中毒的現象。相比而言，作為與之催化活性相近的鐵、鎳等元素卻因為對硫化氫非常敏感，會很快失活而活性非常低。

現有的催化氣化工藝中所使用的碳酸鉀催化劑價格昂貴，且易與煤灰反應生成不能溶于水的硅酸鋁鉀(KAlSiO₄)和硫化鐵鉀(KFeS₂)，從而導致催化劑的失活同時使得其后的回收工藝變得復雜。這樣就造成了大量的能源消耗了，繼而大大增加了整個工藝的能耗。催化劑用到堿金屬和堿土金屬鹽類，這些原料的使用也將增加生產成本。

J.F.Akyurtlu提出了一種硫酸鉀-硫酸亞鐵的二元催化劑，并且認為這種二元催化劑的催化活性與K₂CO₃的催化活性相當甚至更高，并且認為甲烷選擇性隨鉀含量的增多而降低(參見非專利文獻5)。在使用這種二元催化劑進行煤的催化氣化的情況下，硫酸亞鐵在氣化爐的還原氣氛中被還原為單質鐵，單質鐵幫助硫酸鉀的硫酸根水解還原，最終轉變成氫氧化鉀以進行催化作用，在此氫氧化鉀是公認的真正起催化作用的物質，因為所有的鉀鹽催化劑的陰離子都必須轉變成氫氧根才能起催化作用；但是鉀鹽容易和煤中礦物質反應生成不溶性的礦物質而失活，進而影響這種二元催化劑的催化活性。

[非專利文獻1]T.Kalina，″Exxon?catalytic?coal?gasification?process：Predevelopment?program，″Exxon?Research?and?Engineering?Co.，Baytown，Texas?FE236920，Jul.1976-Jun.1977?1977。

[非專利文獻2]T.Kalina?and?N.C.Nahas，″Exxon?catalytic?coal?gasification?process：Predevelopment?program.Final?project?report，″Exxon?Research?and?Engineering?Co.，Baytown，Texas?FE236924，1978。

[非專利文獻3]N.C.Nahas，″Exxon?catalytic?coal?gasification?process：Predevelopment?program，″Exxon?Research?and?Engineering?Co.，Baytown，Texas?FE236923，Dec.1977。

[非專利文獻4]N.C.Nahas，″Exxon?catalytic?coal?gasification?process：Predevelopment?program，″Exxon?Research?and?Engineering?Co.，Baytown，Texas?FE236921，Jul.-Sept.1977。

[非專利文獻5]J.F.Akyurtlu?and?A.Akyurtlu，“Catalytic?gasification?of?Pittsburgh?coal?char?by?potassium?sulphate?and?ferrous?sulphate?mixtures”，Fuel?Processing?Technology?43(1995)71-86。

發明內容