[发明专利]一种用于催化热解实现焦油轻质化的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源转化技术领域，特别是涉及一种用于含碳物质催化热解提取油气产品实现焦油轻质化的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着石油资源的短缺和油价的不断上涨，寻求可替代液体燃料势在必行。我国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭利用大国之一，对煤炭尤其是高挥发份的低阶煤进行热解，可充分利用煤分子结构中丰富的芳香结构以获得液态和气态产品，实现煤的高效利用。但涉及热解技术尚未实现商业化，面临的主要问题是热解油品质低(重质焦油组分多)、高温气固分离困难和油中灰尘夹带多等。这是因为重质焦油冷凝点较高易凝结，且粘度高，容易导致后续管路的堵塞，进而导致油尘分离困难，影响系统的稳定运行。另一方面，焦油中重质组分高、灰尘含量高又会降低了油品的价值，也阻碍了热解技术的工业化应用及推广。

有效的轻质化反应可将煤热解的重质组分转化为轻质成分，并可进一步加工精制为各类成品油和芳烃类化工产品，如高附加值的苯、萘及其衍生物或者获得液体产品，以提高煤的利用价值。

传统的针对煤焦油的加氢热解和延迟焦化是一种焦油轻质化的方式，比如：中国专利，公开号：CN102029157A，介绍了一种用于煤焦油加氢裂解轻质化反应的催化剂，但是加氢热解需要耗费大量的氢气，而制取氢气又需要耗费大量的能量；美国专利，公开号：US4855037，介绍了一种加氢处理煤焦油的催化剂和方法，通过延迟焦化的方法，获得轻质油，但操作压力大，投资成本高。同时，也有报道在煤热解的同时，对高温热解气可实现直接催化，白金锋等（原位担载Fe₂S₃催化剂煤的热解动力学研究[J].燃料化学学报,2001,29(1):39-43）研究了煤原位担载Fe₂S₃催化热解的热解特性，该催化剂对原煤热解有一定的促进作用，但原位催化热解所用的催化剂存在难以回收的问题。故利用高活性催化剂二次催化裂解降低煤热解产物中重质组分含量，是提高煤热解油气品质的有效途径之一。

黏土和酸性矿物质可催化煤的加氢热解反应，钙基矿物质(如石灰石CaCO₃和生石灰CaO)能促进煤中含氧官能团的裂解；高岭石或伊利石使热解烃的产率降低,但可使加氢热解烃的产率增加；方解石可促进H₂O和CO₂对煤的气化反应；石英从化学角度上属于惰性组分，但在煤的化学转化过程中起稀释作用,可阻止煤塑性颗粒的团聚；矾土(主要活性成分为Al₂O₃)对脱烷基和脱氢反应具有催化活性。但是天然矿物质存在回收困难、催化活性低、易失活等弊端。赵国靖等(高温煤气中焦油组分的催化裂解[J].煤气与热力,2001,21(1):3-6.)用5A分子筛做催化剂模拟了焦油裂解实验，结果表明该催化剂对1-甲基萘有较好的催化裂解活性。但是工业生产上，分子筛相对昂贵、易烧结失活。

Chareonpanich M等人的(Production of Aromatic Hydrocarbons from Mae-Moh lignite[J].Fuel Processing Technology,2002,79(2):171-179)研究表明铁基镍基催化剂可以使BTX（苯、甲苯、二甲苯）的产率增加，而且铁基镍基催化剂在工业上应用广泛，价格相对低廉，催化活性高，能有效地促进焦油的裂解。

此外，煤焦油中含有大量的硫、氮、氧等杂原子和多环芳烃、沥青质，其裂解性能差，而且在高温富氢的条件下容易缩聚生成大分子焦炭使常规催化剂的活性组分失活、反应系统结焦。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于催化热解实现焦油轻质化的催化剂及其制备方法，本发明的催化剂具有高活性、价格低廉、强度高、热稳定性好、抗积碳、易制备等特点。

本发明采取的技术方案如下：一种用于催化热解实现焦油轻质化的催化剂，该催化剂是以无机多孔材料γ-Al₂O₃为载体，加以Mg的可溶盐在球形γ-Al₂O₃表面形成镁铝尖晶石结构，采用等体积浸渍法将活性金属组分Ni以氧化物的形式负载于载体上，其中，金属氧化物占催化剂的1wt%-10wt%，MgO占催化剂的10wt%-20wt%，其余为载体成分。由于镁铝尖晶石的存在，催化剂具有较高的强度和热稳定性。