[发明专利]复合添加剂提高煤催化气化中催化性能的方法

说明书

本发明提供了提高煤催化气化中催化剂综合性能的一种方法。就目前技术中存在的煤催化气化中催化剂失效和回收率不高的问题，本发明涉及了一种改善催化剂性能的方法。其步骤如下：(1)水热处理：将添加剂与煤样采用湿混的方法进行浸渍混合，然后进行烘干处理；(2)酸洗处理：室温下将煤粉和酸液进行搅拌，然后对酸洗后的煤样经去离子水进行洗涤直至中性，再进行烘干处理，完成煤样处理。所述的工艺方法简单，能够较好的解决该问题，可以用于煤催化气化工业生产中。

技术领域

本发明属于煤气化领域，具体涉及一种提高煤催化气化中催化剂性能的方法。

背景技术

由于传统的第一代以及目前工业化应用比较广泛的第二代煤气化技术存在的缺点和不足比较明显，如反应温度高、净化困难、能耗大、设备投资比较大、环境污染严重等，这些因素直接促进了以煤催化气化为代表的第三代煤气化技术的研究。煤的催化气化是指煤颗粒在碱/碱土金属等催化剂的作用下，与气化剂更好的接触，可以在较低的温度下促进气化反应的发生，获得较高的反应速率并得到富含甲烷的高热值煤气。煤催化气化具有气化效率高、设备投资小、无需空分制氧，并可利用外部导热方式进行水蒸气气化等优点，降低了目前大力推广的第二代高温气流床对反应器材料高温性能(1200～1600℃)的苛刻要求，同时是解决我国目前对于高热值甲烷气需求激增的有效途径。

社会的发展和经济增长所依赖的重要物质基础以及不可或缺的生产要素就是能源。现今世界上的主要的能源来自于化石能源，在工业革命以后的200年中，煤炭是世界范围内的主要能源，尤其是我国这种具有富煤贫油特点的国家，在石油和天然气日益减少的背景下，发展高效洁净的煤炭转化技术是具有长远意义的。

煤催化气化技术最早源自美国Exxon公司。Exxon从1976年开始，历时6年，经过小试试验、中间试验和PDU(1t/D)试验三个阶段:小试试验装置采用固定床气化器，操作压力1-3.4MPa，温度为700℃，碳转化率可达90％；中间试验装置是流化床气化炉，进煤量5kg/小时，操作压力为0.7MPa，炉温为700℃，碳转化率为80-95％；1t/D PDU装置于1979年开工建设，采用K₂CO₃作为催化剂，气化炉反应温度为700℃，压力为3.5MPa，气化、变换、甲烷化同时进行,最终产品为纯甲烷。上世纪80年代初,由于石油价格大幅下跌，Exxon放弃了催化气化的进一步研究。

美国巨点能源公司(GPE)成立于2005年，其在Exxon技术的基础上，开发了一步法低温催化水解甲烷化煤制天然气技术，即蓝气技术(Blue Gas)。GPE公司对EXXON技术进行了部分优化，在催化剂反应性，催化剂回收，工艺优化和效率，原料多样化，减排等领域获得关键成果，并已经申请覆盖多地理区域的60多个专利。GPE公司拥有大型冷模及3套中试示范装置，建立了反应数学模型，并在中试装置上得到了验证，完成了用煤(石油焦)进行的2700h的试验。近几年，GPE公司积极在中国寻求合作伙伴，对蓝气技术进行工业示范推广，已与万向集团达成合作在中国新疆建设示范装置；2016年1月同大唐签署框架协议，双方将在蓝气技术商业化示范装置建设有关领域加强合作。

催化气化在20世纪开发的煤转化工艺中未能产业化，究其主要原因就在于催化剂的失活与损失。据研究报导，由于煤矿物质中黏土矿物的存在，与催化气化所用钾盐催化剂生成硅酸铝钾，使催化剂失活；而硅酸铝钾又不溶于水，导致催化剂回收困难，难以循环利用；加上碱性物对金属构件的腐蚀等因素，致使成本过高而缺乏竞争力，最终未能得到推广及工业应用。

因此国内外包括EXXON、GPE和新奥等开发了相应的催化剂回收技术。该回收技术的关键是采用水洗回收可溶性的碱金属和催化剂，再使用酸洗或消解的手段对已与煤灰中的矿物质产生化学结合的催化剂进行回收，并对回收液进行气洗、干燥、结晶等一系列操作得到回收催化剂，重新用于催化气化过程中。