一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品技术

本发明专利技术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。通过本发明专利技术，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。

A method for the preparation of coal char catalyst based on ash and its products

The invention belongs to the field of high alkali coal gasification catalyst, and discloses a preparation method and a product of a coal coke catalyst based on ash composition. The preparation method comprises the following steps: preparing a carbon dioxide gasification of coal ash utilization; and analysis of a variety of metal ions in the ash composition; according to the calculation of quality required for the preparation of catalyst material proportion ratio; according to the mass ratio of the raw materials are mixed after calcination, thus to catalyst. Through the invention, the separation problem between catalyst and gasification coal ash is solved, and the pollution problem of gasification ash to traditional catalyst is avoided. The operation is simple and easy to control. The prepared catalyst has high catalytic efficiency, wide application range and low cost, and is suitable for industrial popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法及其产品
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术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。为了实现本专利技术的技术目的，按照本专利技术的一个方面，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。进一步优选地，所述原料为碳酸钙、氯化钠和氧化铁。进一步优选地，所述煅烧的温度为700℃～900℃。按照本专利技术的另一个方面，一种由上述方法所制备的催化剂，其特征在于，该催化剂为CaO、NaCl和Fe2O3的混合物，CaO为该催化剂的载体，NaCl、Fe2O3均匀分散在所述CaO的表面和间隙上，其中，铁、钠和钙的元素质量比为：0.15～0.25:0.50～0.70:1。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案和现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过分析五彩湾煤气化灰内在金属组成，选取其中钙、钠、铁含量作为催化剂的配方，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，无需分离催化剂和气化积灰，仅通过取样检测气化产物的离子比，补充适量本催化剂原料使其达到本催化剂配比范围，即可将气化后的产物转化为高效催化剂，保证在气化过程中催化剂的稳定性，解决了催化剂与气化煤灰的分离难题，避免了气化灰对传统催化剂的污染问题；2、本专利技术通过选取碳酸钙、氯化钠和氧化铁作为催化剂的原料，将三种单一催化剂的优点结合，通过煅烧，使得催化剂分散均匀，催化活性更高；3、本专利技术通过选取大量的碳酸钙作为原料之一，一方面碳酸钙高温分解提供二氧化碳，生成的氧化钙能够吸附游离的二氧化碳，有利于二氧化碳与煤焦发生反应，另一方面，碳酸钙能够与灰中的硅酸盐反应，防止钠盐惰化，有利于保持催化剂的高效性；4、本专利技术通过选取钠盐作为原料之一，钠具有很强的极性，催化活性高，且钠盐能够降低混合催化剂的熔点，此外，本专利技术充分利用准东煤即五彩湾煤含钠高的特点，催化剂中的钠一方面催化活性高，另一方面能够降低气化温度，使气化核心温度降至800℃～900℃，随着钠含量增加，催化剂的熔点降低，温度超过800℃时，催化剂具有良好的流动性，增加了接触面积，提供更多活性位点；5、本专利技术通过添加氧化铁为原料之一，铁能够增强催化剂对产物的选择性，同时增强催化剂抗高温烧结能力，铁能够防止催化剂表面的积碳和焦的生成；6、本专利技术通过控制煅烧温度在700℃～900℃，既满足催化剂熔融，碳酸钙分解为氧化钙，又避免高温导致催化剂烧结，并且煅烧有利于催化剂分散和活化；7、本专利技术提供的煤焦CO2气化催化剂的制备方法，催化剂配方取自准东煤内在矿物质组分，该方法操作简单，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。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法的流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的煤焦二氧化碳气化转化率曲线图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的煤焦二氧化碳气化产物CO的生成图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法的流程图，如图1所示，该制备方法包括下列步骤：(a)分别取2g五彩湾煤，在恒温管式炉600℃、800℃、1000℃保温30min制CO2气化灰，CO2流量为3L/min；(b)依次称取灰样40mg，放入消解罐，加入6mL分析纯的浓硝酸、2mL分析纯的氢氟酸，拧紧后置于微波消解炉内，180℃加热6小时，自然冷却后取出，定容至100mL，取定容液稀释至仪器测试精度范围内，再对稀释溶液做ICP-OES分析，获得金属离子比为：Fe：Na：Ca＝0.25:0.65:1，选择资源丰富的碳酸钙、氯化钠、氧化铁作原料，成本低廉，经计算得到碳酸钙、氯化钠、氧化铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.如权利要求1所述的一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法，其特征在于，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。3.如权利要求1或2所述的一种基于灰成分的煤焦催化剂的制备方法，其特征在于，所述煤的粒径范围为小于200um。4.如权利要求1-3任一项所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成，余圣辉，张小培，马仑，马亚飞，谭鹏，周安鹂，何彪，张中建，陈刚，方庆艳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42