一种热液稳定催化剂配方及其制备工艺组成比例

本发明专利技术涉及一种热液稳定催化剂配方。热液稳定载体催化剂配方是无定形二氧化硅‑氧化铝载体上浸渍的K2CO3。载体中的二氧化硅与氧化铝重量比在0.1到1.5之间。K2CO3量相对于总催化剂成分的比例为5wt％至60wt％。催化剂配方的孔体积为0.1cc/g至0.9cc/g，表面积为40m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种热液稳定催化剂配方及其制备工艺
本专利技术涉及催化剂领域。具体来说，本专利技术涉及一种热液稳定催化剂配方及其制备工艺。
技术介绍
定义本专利技术中使用的下列单词和短语通常具有如下规定的含义，除非在使用它们的上下文中另有说明。合成气体：“合成气体”也称为合成气，指主要由氢气、一氧化碳和二氧化碳(非常常见)组成的燃料气体混合物。煤气化：“煤气化”指将有机或化石燃料类含碳物质转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳的工艺。可以通过部分氧化方式实现，在高温条件下(>700℃)将材料(干燥形态或用水制成的浆液)与可控数量的氧气和/或蒸气(干式进料)反应。低温煤气化指在600℃到850℃温度范围内执行的含碳原料煤气化。煤气化工艺将含碳原料转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳组成的合成气体。相比燃烧，煤气化是一种高效的碳转化技术。但是由于CAPEX/OPEX(资本性支出/运营性支出)高，而且存在可靠性问题，因此商用设施没有在全球得到广泛采用。大多数商用拖拽流煤气化装置使用纯氧，在严苛条件下运行，如高于灰熔温度(>1400℃)，压力超过25bar。这些煤气化装置经常遇到可靠性问题，如炉渣流动性/处理、耐火材料寿命、焦油形成，以及空气分离装置和其他下游装置的其他高成本维护问题。商用流化床煤气化装置的运行温度在灰软化和熔点温度之间。因此，这些煤气化装置遇到一些问题，如碳转化率低、烧结、结块、去流化、热点、不可控氧气燃烧，以及氮气稀释造成的产品气体热值低等。此外，由于煤气化动力性较低，难以煤气化石油焦等反应性低的原料，此类原料需要的工作温度比褐煤、生物质和亚烟煤等高反应性原料更高。因此，煤气化石油焦煤炭需要催化反应，在低温下提供完全碳转化，从而避免高工作温度。下面少数几个现有技术披露用于含碳原料煤气化的催化剂及其配方：US2010/0181539介绍一种双流化床煤气化方案的新配置，包括一个一级双流化床循环，产生的合成气体质量差，含有过量高碳烃、焦油和甲烷等；以及一个二级双流化床循环，用于在α相氧化铝载体镍的条件下产生高质量合成气体。催化剂在一级和二级双流化床循环的燃烧器和煤气化装置之间循环，转移来自燃烧器和煤气化装置的热量。虽然提出使用耐磨载体催化剂进行微调，并且实现适合费托合成工艺原料的合成气体摩尔比，但载体(即α相氧化铝)的表面积、孔体积和可访问性极差，无法提供足够表面积实现活性金属分散。此外，提议催化剂(即Ni)不是适合含碳原料蒸气煤气化的活性金属。US4475925介绍一组合适的催化剂和热载体材料，利用双流化床煤气化系统煤气化含碳固体。石油焦和KNO3混合物(物理混合或浸渍)和烧结矾土适合最高950℃下无烧结煤气化。已经找到避免热载体烧结/结块的给定催化剂-热载体混合物反应温度上限。由于将催化剂与原料物理混合而不是浸渍在载体上，不讨论催化剂损失和再生这两个主要问题。US2007/0083072披露一种工艺，在石油焦上浸渍碱性催化剂(约为原料灰含量的5倍)，并在温度650–760℃和压力约34bar下煤气化。一部分产物合成气体再循环回到煤气化装置，这些条件有利于直接生产SNG。在此方法中，通过甲烷化过程的放热控制对蒸气煤气化的高吸热需求。由于催化剂浸渍在碳原料上，无法再生全部催化剂。因此需要采用高成本方法还原催化剂以再次使用。EU0024792介绍使用K2CO3或Na2CO3催化剂煤气化含碳原料。将碱性催化剂(5到50wt.％)浸渍在煤上，在存在蒸气和O2，温度650到790℃，压力3到14kg/cm2的条件下进行煤气化。此工艺的主要缺陷在于没有解决催化剂损失、还原和再生等关键问题。提议的工艺不具有经济可行性，催化剂浸渍在原料上，需要昂贵而繁琐的措施来还原和再次使用。US2009/0165380介绍石油焦催化剂煤气化配方，将催化剂(KOH和K2CO3混合物)加载到焦炭上，在700℃、34atm.流化床煤气化装置以及再循环合成气体流条件下进行煤气化。此专利披露将含碳原料直接转化为甲烷的最佳工作条件和催化剂配方。为了满足吸热需求，提议将甲烷化反应与蒸气煤气化组合，预计整体反应保持热中性。但是，由于工艺热量损失和其他能源要求(如原料中的湿气蒸发)，提议将少量富含氧气的气体蒸气注入反应器，以维持热平衡。虽然提出实现热平衡的高效方法，但由于催化剂(建议碱)浸渍在含碳原料上，催化剂还原和再生需要额外复杂工艺配置，成本要求高。Kikuchiet.al.,1984(ACSFuelVolumes,29(2),179-185)提出使用α-Al2O3上浸渍的载体催化剂(即17wt.％的K2CO3)，在850℃单流化床煤气化装置中煤气化活性炭，并研究了活性炭的动力性，以及催化剂载体对煤气化率的影响等问题。众所周知，α-氧化铝的孔体积和表面积小，不足以在α-氧化铝上更好地分散碱。还得出，在实验条件下，催化剂与焦炭比例对碳转化的影响可以忽略不计。应注意，高温下的动力性与低温时不同。低温条件下催化作用对煤气化产量的影响高于高温条件下。高孔体积催化剂对于更高进入载体，从而在低温(即<750℃)下实现大量催化剂煤气化至关重要。传统煤气化催化剂采用直接在含碳原料上浸渍催化剂，或者将催化剂与含碳原料物理混合，或者在传统载体上浸渍催化剂然后与含碳原料物理混合的方法制备。在前两种方法中，随着反应的进行，催化剂可能随飞灰逃离煤气化装置，因此需要昂贵的还原和再次使用催化剂步骤。在第三种方法中，使用载体催化剂进行煤气化时，要在明显更低温度下转化含碳原料的过程中实现可持续的卓越煤气化活性，并且克服催化剂还原、再生和再次使用的困难，载体的孔体积、表面积、热液稳定性及耐磨性是重要因素。此外，在第三种方法中催化剂采用传统载体，因此不具备所需热液稳定性、耐磨性、更高的金属载入以及出色持续的煤气化活性。需要一种可以实现可持续煤气化和更大可靠性的煤气化工艺催化剂配方。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的一些目的如下，并通过以下至少一种具体实施方式满足：本专利技术的一个目的是改善现有技术的一个或多个问题或至少提供一种有用的选择方案。本专利技术的一个目的是提供一种热液稳定的催化剂配方，能够在较低温度下执行含碳原料的煤气化。本专利技术的另一个目的是提供一种催化剂配方，在含碳原料煤气化后，保持孔体积、表面积和耐磨性(机械强度)。本专利技术的另一个目的是实现在载体上载入更多活性金属的催化剂配方。本专利技术的另一个目的是提供一种生产高质量合成气体(H2/CO)的催化剂配方。本专利技术的其他目的和优势在以下描述中更加明显，但不限制本专利技术的范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种热液稳定的催化剂配方，用于含碳原料的低温煤气化。可以从石油焦、煤、生物质、木材以及其他含碳原料及其混合物组成的组中选择含碳原料。催化剂配方包括无定形二氧化硅–氧化铝载体；K2CO3浸渍在载体上。无定形二氧化硅–氧化铝载体中的二氧化硅与氧化铝重量比在0.1:0.9到0.6:0.4之间。通常无定形二氧化硅–氧化铝载体中的二氧化硅与氧化铝重量比在0.1:0.9到0.45:0.55之间。无定形二氧化硅-氧化铝载体上浸渍的K2CO3量相对于总催化剂成分的比例为5wt％至60wt％。催化剂配方的孔体积为0.1cc/g至0.9cc/g，表面积为40m2/g至250m2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低温煤气化含碳原料的热液稳定催化剂配方，所述催化剂配方包括：a)一种无定形二氧化硅‑氧化铝载体；b)所述无定形二氧化硅‑氧化铝载体上浸渍的碱金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.08 IN 2016210307201.一种用于低温煤气化含碳原料的热液稳定催化剂配方，所述催化剂配方包括：a)一种无定形二氧化硅-氧化铝载体；b)所述无定形二氧化硅-氧化铝载体上浸渍的碱金属。2.如权利要求1所述的催化剂配方的孔体积为0.1cc/g至0.9cc/g，表面积为40m2/g至250m2/g，孔径为125至磨损指数为2％至8％。3.如权利要求1所述的催化剂配方在温度750至850degC的蒸气环境中热液去活性化过程中保持稳定，孔体积损失在20％以内，孔径变化最多4％，磨损指数变化在10％以内。4.如权利要求1所述的催化剂配方，其中所述无定形二氧化硅-氧化铝载体中的二氧化硅与氧化铝重量比为0.1至1.5。5.如权利要求1所述的催化剂配方，其中所述无定形二氧化硅-氧化铝载体中的二氧化硅与氧化铝重量比为0.1至0.9。6.如权利要求1所述的催化剂配方，其中碱金属从K、Na、Cs、Li的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物中选择。7.如权利要求1所述的催化剂配方，其中碱金属(建议K2CO3)浸渍在所述无定形二氧化硅-氧化铝载体上，相对于总催化剂的量为5wt％至60wt％。8.如权利要求2所述的催化剂配方，在最高850degC温度煤气化含碳原料后，所述催化剂配方的所述孔体积、所述表面积、孔径和所述磨损指数保留。9.如权利要求7所示的工艺，其中采用等体积浸渍方法或者多步骤浸渍方法在所述载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏库马尔·曼达尔，萨特艾什·达格乌帕蒂，萨希特·库马尔·马吉，阿西特·库马尔·达斯，
申请(专利权)人：瑞来斯实业公司，
类型：发明
国别省市：印度,IN