[發明專利]一種用于煤氣化的負載型催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210068953.2
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN103301865A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 郝麗芳;宋文立;李俊峰;林偉剛;李松庚;楊崇廣
• 申請（專利權）人: 冀州中科能源有限公司;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J27/232
• 分類號: B01J27/232;C10J3/54
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體地，本發明涉及一種用于煤氣化的負載型催化劑及其制備方法。

背景技術

氫能作為一種清潔能源，在未來可持續能源系統中可望成為主要載能體，而大規模高效制氫需依靠煤氣化技術，因此，氣化技術是煤炭潔凈、高效和綜合利用的基礎和關鍵技術。目前已實現工業化應用的煤氣化技術盡管各有其優勢，但存在的缺點和不足也相當明顯，如普遍存在的反應溫度高，生成氣的凈化困難、能耗大，對設備要求高，環境污染嚴重等不利因素。這就直接促進了低溫條件下煤氣化技術的研究，尤其是在水蒸氣作為氣化劑條件下，無需空分制氧，還可利用外部導熱方式進行，過程主要是受動力學而非熱力學的限制，但是，在800℃和0.01MPa條件下，分別以H₂、CO₂、H₂O、O₂作為氣化劑時的相對氣化速率之比為3×10^-3∶1∶3∶10⁵，因此，若利用水蒸氣作為氣化劑，要達到工業應用要求的反應速率，一個很重要的解決方式是添加催化劑。通過煤的催化氣化，可明顯降低反應溫度，不僅能在溫和條件下加快煤的轉化速率，定向調節產物組成，增加煤氣產率，而且低溫催化氣化也是一條非常具有魅力的由煤制合成氣或制氫的技術途徑。

目前為止，應用于水蒸氣氣化的催化劑主要有堿金屬、堿土金屬和過渡金屬等幾大類。但是各類催化劑在應用時都有一定的缺點：堿土金屬催化劑要求氣化溫度相對較高；過渡金屬催化劑中常用的Fe、Ni容易因硫而中毒失活；堿金屬在催化氣化應用過程中也有損失。但是，堿金屬因其低溫催化活性高及價格較便宜，被公認為目前比較好的單組分催化劑，而且也是唯一一種工業實驗應用的煤氣化催化劑。美國Exxon公司曾在20世紀70年代，以K₂CO₃作為催化劑，在3MPa、700℃條件下，利用水蒸氣作為氣化劑，開發了以生產人造天然氣為目的的煤加壓流化床催化氣化工藝，此工藝被視為有代表性的催化氣化工藝。

作為煤氣化催化劑，K₂CO₃提高了氣化反應速率，也曾作為工業實驗應用的催化劑，但仍未在氣化工業規模上應用，究其原因是仍存在許多瓶頸問題。當用煤做氣化原料時，低溫氣化過程中生成的焦油量較多，這就使得焦油有可能在催化劑表面產生沉積、附著，從而導致催化劑活性降低或者失活；由于氣化劑H₂O的存在，K₂CO₃在反應過程中會產生團聚，因此單組分催化劑用于催化氣化反應時催化劑與煤的接觸受添加方式影響很大，而且反應過程中催化劑活性組分很容易因揮發進入氣相而流失，且K₂CO₃會與煤中酸性粘土礦物組分反應生成不溶鹽，增大了催化劑重復利用的困難及處理灰渣量等問題。

發明內容

本發明的發明人為了解決上述問題提出并完成了本發明。

本發明的目的是提供一種用于煤氣化的負載型催化劑。

本發明的另一目的是提供一種制備上述用于煤氣化的負載型催化劑的方法。

本發明的用于煤氣化的負載型催化劑，其中，所述催化劑包括催化劑活性組分、助催化劑和載體；其中，

所述催化劑活性組分為堿金屬碳酸鹽，其占催化劑總重量的5％～20％；

所述助催化劑為復合氧化物，其占催化劑總重量的20％～40％，所述復合氧化物結構為A_xA’_1-xB_yB’_1-yO₃，其中，A、A’為Ba、Ca、Sr、Na、La中任意一種元素，B、B’為Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu中任意一種元素，0≤x≤1，0≤y≤1；

所述載體為二氧化硅或γ-Al₂O₃，其占催化劑總重量的40％～75％。

根據本發明的用于煤氣化的負載型催化劑，其中，所述催化劑活性組分為K₂CO₃。

根據本發明的用于煤氣化的負載型催化劑，其中，所述助催化劑為La_0.8～1Sr_0.2～0MnO₃、LaMn_0.6～1Cu_0.4～0O₃中的一種或多種。

本發明的制備上述用于煤氣化的負載型催化劑的方法，包括以下步驟：