一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用制造技术

本公开涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，所述催化剂包括催化剂活性组分以及载体，所述催化剂活性组分为钠盐催化剂，所述载体为含铝载体，所述催化剂在气化反应中形成铝酸盐形式的钠盐。本公开提供的负载型钠催化剂在气化反应中能够形成铝酸盐形式的钠盐，不仅可以避免催化剂失活，还能简化催化剂回收工艺；同时，可有效提高煤灰熔点，避免气化炉结渣，能够拓宽催化气化煤种适应性。能够拓宽催化气化煤种适应性。

Application of a supported sodium catalyst in catalytic coal gasification reaction

【技术实现步骤摘要】
一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用


[0001]本公开涉及煤催化气化
，尤其涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，特别涉及一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用及一种煤气化制备甲烷的方法。

技术介绍

[0002]煤催化气化技术是煤制天然气中最经济有效的途径，碱金属催化剂因具有良好的煤气化和甲烷化催化活性，是研究和应用最为广泛的催化剂体系。
[0003]煤催化气化用催化剂因工艺特点，与传统气固相催化剂概念有所不同。在利用煤制备天然气(甲烷)的过程中，催化剂直接添加至原料煤中，并且随着气化反应进行，催化剂随气化灰渣排出气化炉。煤催化气化工艺的特点，决定着煤气化催化剂需要面临一些挑战：一方面，催化剂直接加入煤中，在气化反应条件下，催化剂与煤中的矿物质，尤其是容易与铝和硅组分结合，形成惰性难溶的硅铝酸盐，从而导致部分催化剂失活；另一方面，催化剂与灰渣共同排出炉外，因碱性催化剂成本价高且会对环境造成污染，因此，还需要采用回收工艺对灰渣中的催化剂进行回收循环利用，由于催化剂在炉渣中部分会以硅铝酸盐的形式存在，因此，会导致催化剂回收成本较高。此外，碱金属催化剂与煤灰中的铁、钙等矿物质容易形成低共熔物，会降低煤灰熔点，造成气化炉结渣，导致失流化停炉，进而影响装置长周期稳定运行。现有碱金属催化剂应用成本高，回收工艺复杂，且匹配低灰熔点的煤种运行结渣风险高，均会限制煤催化气化的发展。
[0004]因此，希望提供一种催化活性高且易于回收，并且能够降低结渣风险的煤气化催化剂。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用。
[0006]第一方面，本公开提供了一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，所述催化剂包括催化剂活性组分以及载体，所述催化剂活性组分为钠盐催化剂，所述载体为含铝载体，所述催化剂在气化反应中形成铝酸盐形式的钠盐。
[0007]本公开发现，当将本公开限定的催化剂进行煤催化气化的应用时，在气化反应条件下，催化剂中的钠盐部分能够转化为氢氧化钠，并且优先与铝载体反应形成以铝酸盐形式的钠盐；铝酸盐形式的钠盐不仅具有良好的煤气化活性，并且不会与原料煤中含有的硅铝矿物质发生反应；因此，本公开提供的负载型钠催化剂不仅能够避免催化剂失活，还能够保持催化剂中的活性组分以可溶盐形式存在，能够简化催化剂的回收工艺。
[0008]本公开的催化剂在进行应用时，为确保钠组分与活性铝原子充分反应转化为铝酸钠，且使新生成的铝酸钠能均匀分散于未参与反应的氧化铝载体上，作为本公开的一种优选技术方案，在所述负载型钠催化剂中，钠元素和铝元素的摩尔比为(0.7
‑
1):1，例如0.8:
1、0.9:1等。
[0009]若钠盐催化剂的添加量过低，则未参与反应的氧化铝量过高，生成的铝酸钠量少而与载体结合紧密，无法与煤中碳充分接触影响催化效果；若钠盐催化剂的添加量过高，则氧化铝被全部消耗，导致铝酸钠无载体依存，造成催化剂无法均匀分散于气化炉内，同样影响催化效果。
[0010]作为本公开的一种优选技术方案，所述含铝载体中含有氧化铝，或，氧化铝和二氧化硅。
[0011]本公开的含铝载体可以全部为氧化铝，也可以由主要成分为含铝化合物的铝土矿等制备得到，若由铝土矿等制备得到，则含铝载体中含有的组分可以包括氧化铝和二氧化硅。
[0012]本公开提供的含铝载体具有提高煤灰熔点的作用，因其中含有的氧化铝起“骨架”作用，氧化铝含量越高，骨架成分越多，能够有效防止煤灰颗粒熔融粘结，进而降低了气化炉结渣的风险。因此，本公开提供的催化剂能够应用于煤灰熔点较低的煤种，既能有效提高催化活性，还能避免结渣，扩大了煤催化气化煤种适用范围。
[0013]为了防止钠盐催化剂与铝、硅发生反应生成惰性硅铝酸盐，作为本公开的一种优选技术方案，优选所述氧化铝和二氧化硅的质量比≥4，例如氧化铝:二氧化硅为4:1、5:15.5:1、6:1、8:1等。
[0014]作为本公开的一种优选技术方案，所述含铝载体选自经过预处理的铝土矿、经过预处理的氢氧化铝或经过预处理的氧化铝中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]作为本公开的一种优选技术方案，所述预处理的方法包括利用600
‑
800℃(例如620℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、780℃等)的水蒸气进行焙烧处理，优选焙烧的时间为8
‑
24h，例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h等。
[0016]含铝载体在高温水蒸气中进行预处理，铝载体中的一部分羟基在高温下分解脱除，水蒸气分子在铝原子周围形成氢键，从而减弱了Al
‑
O键强度，改变铝原子的配位方式，促使铝原子暴露出来形成较多的酸性位，有利于氧化铝与钠盐发生反应而生成铝酸钠组分。
[0017]作为本公开的一种优选技术方案，所述煤气化反应使用的气化剂为水蒸气。
[0018]作为本公开的一种优选技术方案，所述煤气化反应的温度为700
‑
800℃，例如720℃、740℃、750℃、760℃、780℃等。
[0019]作为本公开的一种优选技术方案，所述钠盐催化剂选自可溶性钠盐，优选为碳酸钠、硫酸钠或氢氧化钠中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]本公开选用的钠盐催化剂均为可溶性钠盐催化剂，即使在煤气化过程中也是以可溶性钠盐形式存在，如以钠的铝酸盐形式存在，或者以未发生形态变化的碳酸钠、硫酸钠或氢氧化钠等，因此，在后续对催化剂进行回收时，仅需要经过水洗工艺就能够实现催化剂的回收。回收液中以铝酸盐形式存在的钠催化剂可直接负载于煤上进行循环反应，其他形式的钠盐(如碳酸钠、硫酸钠或氢氧化钠等)可负载于铝载体上进一步进行气化反应；钠催化剂最终都会以铝酸盐的形式循环用于煤催化气化工艺中。
[0021]作为本公开的一种优选技术方案，所述负载型钠催化剂的制备方法包括：利用浸渍法将钠盐催化剂负载在含铝载体上。
[0022]第二方面，本公开提供了一种煤气化制备甲烷的方法，所述方法包括利用第一方面所述的负载型钠催化剂。
[0023]在利用本公开提供的催化剂对煤气化反应进行催化应用时，可以将负载型钠催化剂与原煤(2mm以下)充分混合均匀，得到催化剂混合煤样输送至气化炉内进行反应，也可以将负载型钠催化剂与原煤分别输送至气化炉内进行反应。
[0024]作为本公开的一种优选技术方案，在所述方法中，所述负载型钠催化剂的添加量原煤质量的2
‑
10％，例如3％、4％、5％、6％、7％、8、9％等。催化剂在此添加范围内，既能够达到较好的催化效果，又能够避免钠盐催化剂迁移到煤中而影响钠盐催化剂与氧化铝载体有效反应转化成铝酸钠。
[0025]作为本公开的一种优选技术方案，在所述方法中，气化的温度为700
‑
800℃，例如720℃、740℃、750℃、76本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型钠催化剂在催化煤气化反应中的应用，其特征在于，所述催化剂包括催化剂活性组分以及载体，所述催化剂活性组分为钠盐催化剂，所述载体为含铝载体，所述催化剂在气化反应中形成铝酸盐形式的钠盐。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在所述负载型钠催化剂中，钠元素和铝元素的摩尔比为(0.7
‑
1):1。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述含铝载体中含有氧化铝，或，氧化铝和二氧化硅；优选地，在所述含铝载体中，所述氧化铝和二氧化硅的质量比≥4。4.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的应用，其特征在于，所述含铝载体选自经过预处理的铝土矿、经过预处理的氢氧化铝或经过预处理的氧化铝中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的应用，其特征在于，所述预处理的方法包括利用600
‑
800℃的水蒸气进行焙烧处理，优选焙烧的时间为8
‑
24h。6.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：王会芳，刘雷，李克忠，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：