[发明专利]一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品

说明书

本发明属于高碱煤气化催化剂领域，并公开了一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品。该制备方法包括下列步骤：利用煤制备二氧化碳气化煤灰；并分析煤灰中的多种金属离子组成比例；根据组成比例计算制备所需催化剂的原料的质量比；按照该质量比将原料混合后煅烧，由此得到所需催化剂。通过本发明，解决催化剂与气化煤灰的分离难题，避免气化灰对传统催化剂的污染问题，操作简单，易于控制，制备的催化剂催化效率高，适用范围广，成本低，适于工业推广。

技术领域

本发明属于高碱煤气化催化剂领域，更具体地，涉及一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品。

背景技术

近年来，随着国外大型气田的发现和页岩气开采技术的成熟，天燃气在一次能源中的占比逐年上升，而富煤、贫油、少气的能源结构决定了我国能源格局将长期以煤炭为主，我国天然气对外依存度超过30％，因此开发新型煤炭催化气化技术，实现煤制甲烷、氢气，对于改善我国能源格局具有重要意义；我国准东煤田已探明储量超过3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田，以我国目前煤炭年消耗量计算，一个准东煤田就能够全国使用一百年以上，准东煤煤质具有特低灰、低硫、开采成本低、燃烧活性好、低污染排放、易着火、易燃尽等优点，然而准东煤高含碱金属，直接燃烧，易造成锅炉沾污结渣、过热器积灰结焦等缺点，准东煤灰中碱金属Na₂O的含量总体都在2％以上，有的煤种Na₂O含量高达5％以上甚至10％，远高于动力煤Na₂O含量小于1％的标准。目前针对准东高碱煤出现的上述问题，国内主要采取掺烧低碱金属煤的方式，不能从源头解决问题，准东煤气化被认为是准东煤利用的主要方向之一，因此针对准东煤开发新型催化剂，是现实需要。

目前工业化的煤气化技术要求气化温度高，热效率低，碳转化率低，设备投资和运行成本高，难以实现大规模推广，催化气化技术能够降低气化温度，实现温和反应，提高碳转化率，对产品气具有选择特性，能够显著改良气化过程，降低气化成本，是煤气化发展的方向，寻找清洁、高效、廉价、环保的催化剂，是目前国内外研究煤炭催化气化技术的热点；为了寻找合适催化剂，研究者将元素周期表中所有元素都进行了测试，发现碱金属及其盐催化效果最好，其次为碱土金属，碱金属中的锂和铯催化效果最好，但是价格昂贵，而钠同样具有很强的极性，催化效果较好，碱土金属催化剂具有吸附二氧化碳的能力，能够促进气化反应，且碱土金属能够结合煤灰矿物质中的二氧化硅，防止钠盐惰化，镍和铁对气化产物具有良好的选择性，其金属氧化物对煤焦气化具有催化作用，相对于镍，铁在天然矿物质和工业废弃物中含量更加丰富，因此具有成本优势；单一催化剂大量应用于第二代煤气化技术中，由于催化剂成本高、难于回收，限制了该技术的推广，目前国内外研究的混合催化剂催化效率高，但是价格昂贵，回收再利用是个难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品，通过离子分析获得气化灰中钠、钙、铁的质量比，配制环保、经济的混合催化剂并添加到气化煤焦中，提高灰的含碱度，促进气化反应，由于该催化剂和煤焦气化灰具有相同的离子比，无需分离，即可保证在气化过程中催化剂的稳定性，由此解决催化剂与气化煤灰的分离困难和催化效率低的技术问题。

为了实现本发明的技术目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

利用煤制备二氧化碳气化煤灰；并分析该煤灰中的多种金属离子的组成比例；根据所述组成比例配备分别含有所述金属离子的原料的各组分，将所述原料的各组分混合后煅烧，由此得到待制备的催化剂。

进一步优选地，所述煤采用高碱煤，该高碱煤优选采用五彩湾煤，其中，所述高碱煤是煤燃烧后生成的煤灰中氧化钠的含量大于2％的煤。

进一步优选地，所述五彩湾煤的粒径范围为小于200um。

进一步优选地，所述金属离子分别为钙、钠和铁离子。