一种煤催化气化催化剂的分散方法技术

本发明专利技术公开了一种将催化剂快速地分散于煤基材料上的制备工艺，提供了一种简易高效的制备煤催化气化催化剂的方法。本发明专利技术通过超声波辅助技术实现了煤催化气化催化剂快速地分布于煤基材料上。在煤催化气化固定床反应器中应用本发明专利技术所提供的制备技术，与常规方法制备的煤催化气化催化剂相比，本发明专利技术所提供的技术不仅能够缩短催化剂制备时间，而且还能够极大地提高煤基材料的气化效率和增加甲烷的产量，改善了煤基材料的清洁高效利用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种将催化剂快速地分散于煤基材料上的制备工艺，提供了一种简易高效的制备煤催化气化催化剂的方法。本专利技术通过超声波辅助技术实现了煤催化气化催化剂快速地分布于煤基材料上。在煤催化气化固定床反应器中应用本专利技术所提供的制备技术，与常规方法制备的煤催化气化催化剂相比，本专利技术所提供的技术不仅能够缩短催化剂制备时间，而且还能够极大地提高煤基材料的气化效率和增加甲烷的产量，改善了煤基材料的清洁高效利用。【专利说明】
本专利技术属于化工
，具体地说，提出了一种简易高效的煤催化气化催化剂的分散方法。
技术介绍
煤是植物残骸在适宜的地质环境中，逐渐堆积而达到一定厚度，并被水或泥沙覆盖，经过了漫长的地质年代，经历了物理、化学和生物的复杂作用，而逐渐形成的有机生物岩石。生成煤的原始物质复杂多样，生成煤的外部条件和生成煤的历史年代各有不同，造成了煤在具有一些共性的同时，与一般的矿物相比，在矿物学和岩相学、基本物理和化学特征等方面更具有种类的多样性和结构的复杂性。 中国的能源结构特征是煤多气少，煤炭对我国国民经济的发展起着极其重要的作用，但随着经济的发展和人民生活水平的提高，煤直接作为燃料，不仅能效低，且排放的气体增加了空气中PM2.5含量，致使环境受到危害。利用煤气化技术，将煤转化为气体燃料是煤清洁高效利用的一种重要途径。利用煤气化技术将煤转变为合成气，再利用合成气生产氨、甲醇等多种重要的化工产品。工业化生产的煤气化技术为不添加催化剂的煤气化技术。只有当气化温度在1100-1700 1:时，气化反应速率才可达到工业化生产需求。但是煤气化温度越高，需要消耗更多的煤来维持高温气化状态，且出口气的温度较高，增加了降温过程的能量损失。因此相对传统的煤气化，煤催化气化有诸多优势，其主要原因在于，在催化剂的作用下可显著降低煤气化温度，保持在较低温度下进行，同时还能够调节煤气成分，被称之为第三代煤气化技术。 超声化学是利用超声能量加速和控制化学反应，提高反应产率和引发新的化学反应的一门边缘学科。超声作用源于超声“空化”。对于固一液非均相体系，空化所产生的核振荡、微射流能够冲击流体，表现为流体湍动和颗粒强烈的相互碰撞，有利于组分在微孔内的扩散(J.Am.Chem.Soc., 1983，60:1494)。将超声波用于催化剂的制备过程，可增加活性组分的渗透性，使其均匀分散，所得到的催化剂具有活性物种分散均匀且活性高等优良性能(J.Mol.Catal., 1981，1:253)。 碱金属、碱土金属、过渡金属(Fe、Co、Ni)的盐类及其混合物对煤催化气化具有显著的促进效果。这些催化剂多为固体颗粒，通过分布在煤粒表面加速气化反应的进行，因此催化剂与煤的混合方式对煤催化气化的效果有很大影响。常用的混合方式有机械混合和浸溃法混合。机械混合虽然操作简易，但由于混合不均匀且催化剂与煤粉之间的结合力不强，结果影响了催化效果；浸溃法混合虽然在一定程度上能够使得催化剂组分较好地分布于煤基材料上，但制备耗时且催化剂组分在煤基材料上的分散效果也不是太理想，这在一定程度上也制约了催化活性的提高。因此，针对目前煤催化气化的催化剂制备过程中存在的局限性，开发出催化剂组分在煤基材料上有较好的分散效果且制备过程不耗时的新工艺，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术依据现有煤催化气化催化剂制备工艺存在催化剂组分不能有效分散于煤基材料上且制备耗时等缺点，提供了一种利用超声波技术将催化剂组分简易快速地分布于煤基材料上，大大加速了制样的进程，且避免了常规机械法和浸溃法不能均匀地将催化剂和煤基材料之间有效混合的问题。在固定床反应器进行煤催化气化反应中，活性结果表明利用本专利技术所提供的催化剂制备工艺，该催化剂表现出更加优异的催化效果。 本专利技术简易高效的煤催化气化催化剂制备方法，其特征是利用超声波发射出的超声能量，作用于含有催化剂和煤基材料上，该混合物的粒径为40目-80目，活性组分的担载量为金属质量与煤基材料质量比，担载量为6%_30%。 一般地，本专利技术制备方法是:将煤基材料、催化剂、水混合，利用超声波发射出能量作用于该混合物，然后进行干燥处理，压片后破碎过筛。 所述方法包括以下步骤:将煤基材料和催化剂置于蒸馏水中，用固定频率为50KHz超声波作用后，进行干燥处理，压片后破碎过筛至40目-80目。 所述超声波功率优选40 W-120 W。 所述超声波作用时间优选40 min-100 min。 所述煤基材料为褐煤，烟煤，焦炭，石油焦或无烟煤。 所述活性组分的担载量为金属质量与煤基材料质量比，优选担载量为10%_25%。 所述催化剂为K2C03、Na2C03、CaCO3> Ca (OH)2, Fe (NO3) 3.9Η20、KOH、NaOH、NaAc 中的一种、两种或两种以上的组合。 本专利技术一种典型的实验室制备过程如下:称取0.2 -10 g K2CO3置于烧杯中，量取20 - 200 ml蒸馏水，将蒸馏水滴加到盛有K2CO3的烧杯中，搅拌使其溶解，然后称取0.5 - 50 g准东煤，将其加入到K2CO3的水溶液中，再将该烧杯置于固定频率为50 kHz的超声波发生器中，在功率为20 ff-200 W下作用一定时间，优选40 W-120 W。超声波作用时间在20 min-120 min，优选40 min-100 min。转至烘箱中进行干燥处理，压片后破碎过筛至40目-80目。 本专利技术所呈现出的显著优势表现为:本专利技术所提高的超声波分散技术可将煤催化气化催化剂活性组分简易快速地分散到煤基材料上，催化剂的活性组分快速地渗透到煤基材料的孔隙中，且能够均匀分布，克服了常规制备工艺耗时且分散不均匀等缺点，催化剂与煤基材料拥有较强的相互作用力。利用本专利技术所提供的制备工艺制备出的催化剂运用到固定床煤催化气化制天然气反应中，结果显示有效地降低了煤基材料的气化温度，增加了煤基材料的气化效率，另外，在相同的时间内，利用本专利技术提供的制备技术，甲烷的累积量高于常规制备工艺上的甲烷量。这有利于简化后段工序的SNG过程，因此这在一定程度上满足了人们对煤炭资源的清洁高效利用的需求，加快了我国煤催化气化制天然气技术的工业应用的步伐。 【具体实施方式】 下面结合具体的实施例对本专利技术进行阐述。但是，应该知道，这些实施例仅用于说明本专利技术而不构成对本专利技术范围的限制。 实施例1 =CS-K2CO3催化剂上准东煤催化气化的催化性能称取0.177 g K2CO3，转入到烧杯中，然后用量筒量取20 ml蒸馏水，并将所量取的蒸馏水滴加到上述烧杯中，用玻璃棒搅拌使其充分溶解，再称取0.5 g准东煤，再将其添加到烧杯中，然后将该烧杯置于固定频率为50 kHz的超声波发生器中，功率为60 W，作用时间为50 min，最后将该烧杯转至烘箱中进行干燥处理，压片后破碎过筛至40目-80目，催化剂标记为 CS-K2C03。 煤催化气化反应条件:蒸馏水流量1.0 ml/min，反应温度973 K，反应体系压力3.4MPa。该催化剂上碳转化率随时间的变化曲线和CH4累积析出量见附表1。 实施例2 =K2CO3催化剂上准东煤催化气化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤催化气化催化剂的分散方法，其特征是利用超声波发射出的超声能量，将催化剂结合于煤基材料上，处理后的煤基材料的粒径为40目‑80目，金属质量与煤基材料质量比为6%‑30%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，李海涛，吕锋，侯红美，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，南化集团研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32