[發明專利]一種用于煤催化氣化的催化劑原料及其應用方法

在審

• 申請號: 201510833009.5
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105498746A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 楊秋良
• 申請（專利權）人: 楊秋良
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J23/847;B01J23/34;C10J3/46;C10J3/54
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于煤化工領域，具體的是涉及一種用于煤催化氣化的催化劑原料及其應用方法。

背景技術

煤的催化氣化是在煤的固體狀態下進行的，催化劑與煤的粉粒按照一定的比例均勻地混 合在一起，煤表面所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并加快反應 速率，與傳統的煤氣化相比，煤的催化氣化可以明顯降低反應溫度，提高反應速率，改善煤 氣組成。目前研究開發的煤氣化催化劑有：

1)單體金屬鹽或氧化物催化劑：K₂CO₃是目前唯一種工業應用的煤催化氣化催化劑，用 K₂CO₃作為催化劑，制備方法簡單、穩定性也較好，但K₂CO₃作為催化劑，用量大，需占煤 基10-17.5％的堿性金屬鹽作催化劑才能達到煤氣化活性的最優值，高催化劑添加量帶來的問 題是高昂的催化劑成本和大量的堿性殘渣污染和排放問題。催化劑的回收利用成了該催化劑 大規模推廣的制約因素；

2)復合催化劑：孫雪蓮等用K₂CO₃和NiCO₃按鉀、鎳的物質的量之比為6:1配置時，催 化效果最佳，煤的催化氣化反應速率達到非催化氣化的6倍左右，是目前公認較好的單組分 催化劑K₂CO₃的催化氣化反應速率的1.2倍。復合催化劑選擇性好，反應溫度較低、熔點低。 催化劑熔點越低，其催化活性越高。這是由于熔點越低在氣化溫度下流動性越好，越容易擴 散到反應體系且活性點增加。但該類催化劑用量較大，灰渣呈堿性易形成二次污染，回收重 復利用是其經濟性的生產關鍵。

3)可棄催化劑：可棄催化劑是指一種工業催化劑應用后無須回收可直接廢棄的催化劑。 煤催化氣化的可棄催化劑。主要包括含鉀生物質灰、工業廢堿液、工業廢固堿、硫鐵礦渣、 轉爐赤泥等，可棄催化劑成本低，但因用量大，熱能消耗大，灰渣呈堿性易造成二次污染。

目前煤的催化技術的難點在于煤氣化高效催化劑的開發，催化劑的價格與回收，以及目 前開發的催化劑易產生二次污染等問題，一直制約著煤催化氣化的工業化進程。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對上述現有技術提出一種用于煤催化氣化的催化劑原料及其 應用方法，其成本低，不會造成二次污染。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于煤催化氣化的催化劑原料，是 以釩氧化物或釩酸鹽或含釩物料與金屬氧化物、金屬氫氧化物或金屬鹽按金屬釩酸鹽化學反 應定量混合配置。

按上述方案，所述的釩氧化物為五氧化二釩、四氧化三釩、二氧化釩或氧化釩、所述的 釩酸鹽為偏釩酸鹽、正釩酸鹽、焦釩酸鹽或次釩酸鹽，所述的含釩物料為含釩鋼渣、含釩高 鈣渣、含釩鋁渣、含釩水浸液、含釩酸浸液、含釩堿浸液、常規提釩樹脂離子交換工藝樹脂 洗脫液或常規提釩溶劑萃取工藝稀硫酸反萃液，所述的金屬氧化物、金屬氫氧化物或金屬鹽 中金屬元素為Ca、Ba、Mg、Cu、Fe或Mn。

按上述方案，所述的釩氧化物優選為五氧化二釩、所述的金屬氫氧化物優選為Ca(OH) 2。

使用時，在常規一段、二段氣化爐或Largi煤化爐可直接使用五氧化二釩與工業石灰按化 學反應計量配比與煤粉混合壓球使用，氣化過程中以二氧化碳+氧氣作為氣化劑進行煤的氣 化。

在粉煤氣化床或流化床煤氣化爐只需將五氧化二釩與工業石灰按化學反應計量混合，添 加一定量的煤粉經600～800℃無氧焙燒轉化為黑色粒狀的低價態次釩酸鈣與煤粉按一定的比 例混合，在氣化過程中以二氧化碳+氧氣作為氣化劑進行煤的氣化。

本發明所涉及的反應方程式：V₂O₅+Ca(OH)₂＝Ca(VO₃)₂+H₂O

本發明所述的煤的常規氣化反應：

C+H₂O＝CO+H₂(1)

C+CO₂＝2CO(2)

C+2H₂＝CH₄(3)

CO+H₂O＝CO₂+H₂(4)