[发明专利]以天然矿物为基础的催化剂及利用该催化剂的气化方法

说明书

本发明的实施方案提供以天然矿物为基础负载活性成分以具有特定组成范围的气化催化剂、以及通过将该催化剂应用于流化床气化反应器从而不仅改善气化活性而且容易分离和回收催化剂的气化方法。

技术领域

本发明涉及以天然矿物为基础的催化剂及利用该催化剂的气化方法。更具体地说，本发明涉及以天然矿物为基础负载活性成分以具有特定组成范围的气化催化剂及利用该催化剂的流化床气化方法。

背景技术

最近，随着石油资源的枯竭，需求有效利用煤、特别是低级碳等生产高附加值化学产品的方法，为此，代表性地气化工艺受到瞩目。

通常，气化工艺是指，在供给气化剂(例如，氧、蒸汽、二氧化碳或它们的混合物)的条件下，使煤、生物质等碳质(carbonaceous)原料反应，从而转化成主成分由氢和一氧化碳组成的合成气体的一系列工艺。此时，所谓术语“合成气体”通常是指，通过气化反应而生成的含有CO和H₂作为主成分的混合气体，其可以进一步包含CH₄和/或CO₂。

气化工艺技术拓展为生产多种化合物的原料和燃料的技术，其应用范围逐步扩大到可生产包括电力生产的多种产品。例如已知，可以利用作为气化工艺的主产物的合成气体中的氢，应用于氢气发电、氨气制造、炼油工艺等，可以使用合成气体作为由下述反应式1表示的费托(Fischer-Tropsch)反应的原料，来制造柴油、喷气燃料、润滑油基础油、石脑油等，另外，可以利用根据反应式2由合成气体制造的甲醇，得到乙酸、烯烃、二甲酯、醛类、燃料和添加剂等高附加值化学物质。关于此，在费托工艺和甲醇合成工艺的情况下，CO：H₂的比例优选为约1：2左右。

[反应式1]

nCO+2nH₂→C_nH_2n+nH₂O

[反应式2]

CO+2H₂→CH₃OH

然而，在通过气化反应而生成的合成气体的情况下，通常CO：H₂的比例达不到1:2，因此对气化反应产物进一步进行水气变换反应(Water-Gas Shift reaction)、或者进一步供给氢而将CO:H₂的比例调整为1:2。

另一方面，作为气化工艺的代表性供给原料的煤在全世界的广泛地区有大量分布，因此作为可代替目前正在广泛使用的石油枯竭的燃料源而再次受到关注。此外，最近受到瞩目的生物质也可以通过多种处理工艺来提供各种燃料和平台化合物的基础油成分，这也作为气化反应的原料所应用。

最近，实施利用催化剂气化方式的气化工艺，典型的为如下方式：将碱金属(K₂CO₃、Na₂CO₃和Li₂CO₃)系列的碱金属盐附着(负载)于煤，接着经过干燥等预处理过程而投入气化器中(美国专利号第4,318,712号，美国专利公开号第2007/0000177号等)。但是，上述催化剂气化工艺由于碱金属盐的低熔点特性而需要在低温、例如在700℃左右进行操作，在其以上的温度下由于与灰分(ash)凝聚而难以进行连续操作。

此外，催化剂的价格比较高，因此有必要回收催化剂。但是，为了回收以与灰分凝聚的状态排出的碱金属盐，需要执行多个后续工艺(热水提取(hot-water extraction)、石灰消化(lime digestion)等)(美国专利号第7,922,782号等)。

如此，以往的催化剂气化工艺由于因使用碱金属盐等作为催化剂成分而存在与灰分凝聚的倾向，因此在高温气化反应条件下进行操作方面存在局限。这成为限制改善气化性能的因素。