[发明专利]一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用

说明书

本公开涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，所述催化剂包括催化剂活性组分以及载体，所述催化剂活性组分为钠盐催化剂，所述载体为含铝载体，所述催化剂在气化反应中形成铝酸盐形式的钠盐。本公开提供的负载型钠催化剂在气化反应中能够形成铝酸盐形式的钠盐，不仅可以避免催化剂失活，还能简化催化剂回收工艺；同时，可有效提高煤灰熔点，避免气化炉结渣，能够拓宽催化气化煤种适应性。

技术领域

本公开涉及煤催化气化技术领域，尤其涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，特别涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用及一种煤气化制备甲烷的方法。

背景技术

煤催化气化技术是煤制天然气中最经济有效的途径，碱金属催化剂因具有良好的煤气化和甲烷化催化活性，是研究和应用最为广泛的催化剂体系。

煤催化气化用催化剂因工艺特点，与传统气固相催化剂概念有所不同。在利用煤制备天然气(甲烷)的过程中，催化剂直接添加至原料煤中，并且随着气化反应进行，催化剂随气化灰渣排出气化炉。煤催化气化工艺的特点，决定着煤气化催化剂需要面临一些挑战：一方面，催化剂直接加入煤中，在气化反应条件下，催化剂与煤中的矿物质，尤其是容易与铝和硅组分结合，形成惰性难溶的硅铝酸盐，从而导致部分催化剂失活；另一方面，催化剂与灰渣共同排出炉外，因碱性催化剂成本价高且会对环境造成污染，因此，还需要采用回收工艺对灰渣中的催化剂进行回收循环利用，由于催化剂在炉渣中部分会以硅铝酸盐的形式存在，因此，会导致催化剂回收成本较高。此外，碱金属催化剂与煤灰中的铁、钙等矿物质容易形成低共熔物，会降低煤灰熔点，造成气化炉结渣，导致失流化停炉，进而影响装置长周期稳定运行。现有碱金属催化剂应用成本高，回收工艺复杂，且匹配低灰熔点的煤种运行结渣风险高，均会限制煤催化气化的发展。

因此，希望提供一种催化活性高且易于回收，并且能够降低结渣风险的煤气化催化剂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用。

第一方面，本公开提供了一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，所述催化剂包括催化剂活性组分以及载体，所述催化剂活性组分为钠盐催化剂，所述载体为含铝载体，所述催化剂在气化反应中形成铝酸盐形式的钠盐。

本公开发现，当将本公开限定的催化剂进行煤催化气化的应用时，在气化反应条件下，催化剂中的钠盐部分能够转化为氢氧化钠，并且优先与铝载体反应形成以铝酸盐形式的钠盐；铝酸盐形式的钠盐不仅具有良好的煤气化活性，并且不会与原料煤中含有的硅铝矿物质发生反应；因此，本公开提供的负载型钠催化剂不仅能够避免催化剂失活，还能够保持催化剂中的活性组分以可溶盐形式存在，能够简化催化剂的回收工艺。

本公开的催化剂在进行应用时，为确保钠组分与活性铝原子充分反应转化为铝酸钠，且使新生成的铝酸钠能均匀分散于未参与反应的氧化铝载体上，作为本公开的一种优选技术方案，在所述负载型钠催化剂中，钠元素和铝元素的摩尔比为(0.7-1):1，例如0.8:1、0.9:1等。

若钠盐催化剂的添加量过低，则未参与反应的氧化铝量过高，生成的铝酸钠量少而与载体结合紧密，无法与煤中碳充分接触影响催化效果；若钠盐催化剂的添加量过高，则氧化铝被全部消耗，导致铝酸钠无载体依存，造成催化剂无法均匀分散于气化炉内，同样影响催化效果。

作为本公开的一种优选技术方案，所述含铝载体中含有氧化铝，或，氧化铝和二氧化硅。

本公开的含铝载体可以全部为氧化铝，也可以由主要成分为含铝化合物的铝土矿等制备得到，若由铝土矿等制备得到，则含铝载体中含有的组分可以包括氧化铝和二氧化硅。