[發(fā)明專利]一種提高煤催化氣化活性和催化劑回收率的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410548041.4
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104449865A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 畢繼誠;蘆濤;李克忠;張榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C10J3/54
• 分類號: C10J3/54
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發(fā)明涉及一種提高煤催化氣化活性和催化劑回收率的方法。

背景技術

煤氣化是實現煤炭潔凈和高效利用的主要方法，是發(fā)展現代煤化工最重要和最廣泛的關鍵技術之一。煤的催化氣化是一種降低反應溫度、提高反應速率、改善煤氣成分的先進氣化方法。煤的催化氣化是在煤為固體的狀態(tài)下進行的，催化劑與煤的粉粒按照一定比例均勻地混合在一起，煤表面分布的催化劑通過侵蝕開槽作用，使煤與氣化劑更好地接觸達到在較低的溫度下獲得較高反應速率并直接合成天然氣的目的。在加快煤的氣化速率，提高碳的轉化率，在同樣的氣化速率下降低反應溫度，減少能量消耗以及實現氣化產物定向化等方面具有優(yōu)越性。

煤的低溫催化氣化在上世紀石油危機時曾是煤化工學者的研究熱點。在添加堿、堿土金屬等催化劑情況下，?煤可在650℃-750℃迅速發(fā)生氣化反應，具有氣化效率高、設備投資小、無需空分制氧，并可利用外部導熱方式進行水蒸氣氣化等優(yōu)點。美國Exxon公司在80年代初曾建催化氣化中試氣化裝置，被視為有代表性的催化氣化工藝。

根據以往的研究結果，K₂CO₃是煤氣化過程中最好的催化劑，但是，由于煤礦物質中黏土礦物的存在，與催化氣化所用鉀鹽催化劑生成惰性的硅酸鋁鉀，顯著的降低了催化效果，?特別是硅、鋁含量高的煤對催化氣化極為不利；而硅酸鋁鉀又不溶于水，導致催化劑回收困難，難以循環(huán)利用；致使成本過高而缺乏競爭力，催化氣化在20?世紀開發(fā)的煤轉化工藝中未能推廣及工業(yè)應用，究其主要原因就在于催化劑的失活與損失。這一失活的反應如下：

K₂CO₃+2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O→2KAlSiO₄+2H₂O+CO₂

相關研究報道了催化劑與煤灰的作用導致催化劑失活及催化劑回收困難。Giacomo?Bruno等人研究了K₂CO₃分別與石英、伊利石、高嶺石三種純礦物在水蒸氣氣氛，壓力為3.6MPa反應溫度為973K，停留時間為3小時的環(huán)境下反應后的殘渣的特性。結果表明，反應后三種殘渣中的鉀經熱水洗后的回收率分別為：100%，44%和52%，說明K₂CO₃與伊利石，高嶺石礦物發(fā)生了反應，生成了不易水洗的物質。

Lothar?Kuhn等人選擇了進行了富含硅鋁的煤樣進行添加K₂CO₃的催化氣化的研究，結果表明，殘渣中含鉀的礦物為鉀霞石（KAlSiO₄）以及含鐵的硅鋁酸鉀（K(Al，Fe)?SiO₄）。

K.?Formella等人研究了不同煤灰含量的煤添加催化劑之后的催化反應速率。結果表明，當煤灰含量為30.1%時，需要添加17.1%的催化劑才能與灰含量為18.8%的煤添加9.9%的催化劑的催化速率相當，在催化氣化環(huán)境下，催化劑與煤灰生成硅鋁酸鹽礦物，這些礦物的生成使催化劑的有效成分減少，降低了催化劑的催化效率。

國內華東理工大學也對催化劑與煤中礦物質的相互作用進行了研究。在固定床反應器中研究了碳酸鉀對煤的水蒸氣催化氣化，考察了鉀與10種煤中礦物質的相互作用，結果表明，在煤水蒸氣氣化過程中，碳酸鉀催化劑與煤中礦物質相互作用形成難溶于水的化合物。當煤的灰分中鈣含量較少時，鉀催化劑與礦物質反應的量和氣化灰渣中鋁含量成線性關系，即K：A1=1：1。鉀和礦物質反應的量影響鉀催化劑的催化作用。

發(fā)明內容

本發(fā)明克服了上述技術不足之處，其目的在于提供一種提高催化氣化工藝中催化劑催化活性及催化劑回收率的方法，該方法簡單實用，滿足高灰分含量的煤在催化氣化工藝的應用。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術方案實現的。

一種提高催化活性和催化劑水洗回收率的方法，包括如下步驟：

（1）它以高灰分含量的煤為原料，對原煤進行HCl-HF-HCl脫灰處理，詳細的脫灰處理的步驟及工藝條件見陳浩侃.?熱解和加氫熱解過程中硫變遷規(guī)律的研究.?中國科學院山西煤炭化學研究所,?1998；

（2）按酸脫灰后的煤與K₂CO₃?溶液按體積比為1:1，將酸脫灰后的煤加入碳酸鉀催化劑進行浸漬負載，催化劑碳酸鉀的添加量為2-10wt%（質量百分比）；