[发明专利]一种催化剂的回收及负载方法

说明书

技术领域

本发明属于煤气化领域，具体涉及一种煤气化催化剂的回收及负载方法。

背景技术

煤的催化气化是指煤在中低温条件（700℃左右或更低），通过催化剂的催化作用，煤被气化为CO、H₂、CH₄等气体。典型煤催化气化的研究有EXXON及GPE的煤催化气化制甲烷研究和日本的煤催化气化制氢技术(HyPr-RING技术)。这两项研究的不同之处在于目标产物的不同，一是甲烷，另一是氢气；而共同特点是：都架构于煤催化气化基础之上，降低煤气化反应温度；两项技术均需要碱金属催化剂的参与。但是所用碱金属催化剂价格昂贵，限制了工艺的工业化应用前景。并且在催化剂配制过程中，通常采用浸渍法，这种催化剂配制方法需要将催化剂溶于大量水中，然后与煤进行混合，最后蒸出多余水分对煤进行干燥处理。整个过程需要大量的水耗和能耗，极大地增加了催化气化工艺的成本，限制了该工艺的经济性。

因此，为降低工艺成本，EXXON及GPE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催化剂，再使用酸洗或消解的手段对已与煤灰中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。可见该回收技术工艺复杂，能耗巨大。而且，在催化剂配制过程中，EXXON及GPE的催化气化工艺仍采用常规浸渍法进行催化剂配制，该过程也需较大的能耗和水耗。

美国GPE公司在专利US20090169448/US20090169449中提出的回收方法需要经过如下的步骤：在气化炉中反应后带有催化剂的焦炭首先与水进行接触（淬火水洗）；然后向浆态体系内通入CO₂，充分接触经淬火的焦炭浆液后，脱除残余的CO₂及生成的气体，如H₂S等；浆液经过渣液分离后，使用清水漂洗渣，稀溶液返回破碎罐用于淬火水洗；浓液经处理后，进行催化剂的循环使用。

GPE在专利US2009/0165382A1中提出了另一套回收流程：气化炉排出的含催化剂半焦经过淬火水洗后，和碱金属氢氧化物进行接触反应（消解反应），生成物进一步与CO₂接触并反应，脱除残余的CO₂与生成气后，进行渣液分离，获得催化剂溶液。渣经过水洗，获得含少量催化剂的稀溶液。

上述流程的不足之处在于催化剂回收过程复杂，单元步骤繁多。工艺中水洗及此后的处理过程需要引入大量水，导致回收液中催化剂浓度很低。因此，在催化剂负载过程中，为了达到合理的水、原煤比例，需要蒸发除去多余的水。所以该工艺过程需要较大的水耗和能耗。而在后续的催化剂配置阶段，利用催化剂回收液进行催化剂配制后，需要对煤进行烘干，蒸发除去多余的水分，从而使原料煤中的水分符合气化炉的要求，这一过程同样需要很高的能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种能耗低，可操作性强并且能够实现连续生产的催化剂回收和负载方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种催化剂的回收及负载方法，所述方法包括如下步骤：

（1）催化剂的抽提：将气化剂与包含催化剂的煤渣进行接触以将催化剂抽提出，得到携带有催化剂的气化剂；

（2）催化剂的负载：将携带有催化剂的气化剂与已热解或部分热解的煤进行接触，所述煤的温度低于所述携带有催化剂的气化剂的温度，以使携带有催化剂的气化剂将催化剂释放到煤上，得到负载有催化剂的煤，完成催化剂的负载。

本发明利用气化剂从包含催化剂的煤渣中抽提出催化剂，并将抽提出的催化剂负载到煤上。所述抽提，是指利用气化剂在高温条件下将催化剂从煤渣中溶出或带出的过程，以得到携带有催化剂的气化剂。所述负载，是指携带有催化剂的气化剂在温度降低后，将其携带的催化剂释放到煤上的过程。所述催化剂为对煤气化过程有催化作用的催化剂，包括但不限于背景技术所述的专利中所使用的催化剂，如K₂CO₃、Na₂CO₃等碱金属盐类。

以下为本发明的优选形式，不应视为对本发明的限制。

优选地，本发明所提供的一种催化剂的回收及负载方法，还包括：

（1’）催化气化：将步骤（1）所述的携带有催化剂的气化剂与负载有催化剂的煤进行接触，以使其释放一部分催化剂，所述煤发生催化气化反应产生合成气，所述合成气与释放了一部分催化剂的携带有催化剂的气化剂形成气混物；