[發明專利]煤催化氣化用催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201510341137.8
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN104941624A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 毛燕東;李鵬;李克忠
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: B01J23/04
• 分類號: B01J23/04;C10L3/08
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及煤催化氣化領域，尤其涉及一種煤催化氣化用催化劑及其制備方法。

背景技術

煤催化氣化制天然氣技術是對傳統煤氣化技術的革新，通過引入可以同時催化水煤氣反應、水煤氣變換反應和CO/H₂甲烷化反應的催化劑，能夠在低溫、中壓下生成富含甲烷的氣體。

通常，煤催化氣化技術使用的催化劑主要有堿金屬、堿土金屬和過渡金屬等的無機化合物，其中，堿金屬催化劑的催化活性相對較佳，堿金屬催化劑的引入可有效降低反應溫度、提高反應速率，并提高目的產物的收率。但是，堿金屬催化劑的活性不穩定，其活性組分堿金屬常具有較高的流動性，導致在發生氣化及甲烷化反應的溫度區域內催化劑流失嚴重，從而降低了催化效果；同時堿金屬容易同煤灰中礦物質反應形成無催化活性的含堿化合物，且大大降低煤的灰熔點，導致氣化爐內結渣進而系統停車。

現有技術中，在使用堿金屬催化劑時，為了保證較佳的催化效果，一般是通過提高催化劑的添加量，通常需要添加10％甚至更高。然而，過高的催化劑添加量不但造成催化劑成本過高，而且還使得后續對催化劑進行回收再利用時的成本也增加了。

發明內容

本發明提供了一種煤催化氣化用催化劑及其制備方法，能夠高效保留催化劑的活性成分，有效避免堿金屬離子的失活及流失，從而使催化劑在同等的添加量下保持更高的催化活性，而且還降低了堿金屬同煤灰中礦物質的結合和反應程度，解決了易結渣問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種煤催化氣化用催化劑，包括載體以及負載到所述載體上的堿金屬化合物，所述載體包括可變價金屬元素的化合物，所述可變價金屬元素的化合物在其晶格結構中具有氧缺陷，且所述載體具有用于吸附堿金屬離子的堿性位。

其中，所述載體中用于吸附堿金屬離子的堿性位可以為O^-或N^-。

優選地，所述可變價金屬元素的化合物包括鐵、錳、銅、鈰、鑭、鉻、釩、鉬、鋯的化合物中的任意一種、或多種組成的復合化合物。

可選地，所述載體還包括鋁元素。

具體地，所述載體為高爐爐渣、工業廢渣。

具體地，所述載體由溶膠凝膠法制備而成。

進一步地，所述堿金屬化合物的質量占所述催化劑總質量的百分比為3％～30％。

進一步地，所述堿金屬化合物的質量占所述催化劑總質量的百分比為5％～15％。

具體地，所述載體具有磁性。

另一方面，本發明還提供一種煤催化氣化用催化劑的制備方法，包括：

提供堿金屬化合物；

提供載體，所述載體包括可變價金屬元素的化合物，所述可變價金屬元素的化合物在其晶格結構中具有氧缺陷，且所述載體具有用于吸附堿金屬離子的堿性位；

將所述堿金屬化合物負載到所述載體上，以形成煤催化氣化用催化劑。

本發明提供了一種煤催化氣化用催化劑及其制備方法，所述催化劑包括載體以及負載到所述載體上的堿金屬化合物，其中，載體中包括可變價金屬元素的化合物，在其晶格結構中存在一些氧缺陷，在煤催化氣化過程中，氣化劑中的氧原子會進入該缺陷中以維持整個晶格體系的平衡，這樣，載體表面就提供了大量的能進行氧化還原可逆反應的活性氧，這些氧能夠在低于堿金屬化合物解離溫度下活化堿金屬離子，不斷地為形成催化活性組分M-O-C(M為堿金屬)提供了“原料O”，避免了催化劑的失活；并且載體中還具有用于吸附堿金屬離子的堿性位，能夠提供豐富的電子，對堿金屬離子具有強烈吸引力，牢牢地吸附了堿金屬離子，避免了堿金屬離子的流失，這樣，載體與堿金屬離子深度結合，進一步有效地在發生氣化及甲烷化反應的溫區內同碳質顆粒反應形成并保留了更多的M-O-C活性組分，從而確保了催化劑在同等的添加量下保持更高的催化活性；

此外，堿性位強烈地吸引堿金屬離子，競爭性抑制了堿金屬同煤灰中礦物質的結合及反應程度，阻止了堿金屬離子同煤灰結合形成低共融物，從而避免了煤的灰熔點的降低，由此解決了易結渣問題。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的煤催化氣化用催化劑的制備方法的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的采用現有技術催化劑與本發明催化劑的氣化結果對比圖。

具體實施方式