[发明专利]一种催化剂的分散方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的分散方法，特别是在煤的加工中使催化剂高度分散于煤粉上的方法。

背景技术

煤炭是中国的主要能源，查明储量1万亿吨，占我国各种化石燃料资源总储量的95％以上。一方面，我国84％以的煤炭上作为燃料直接燃烧，不但热效率低，同时也是目前最主要的污染源。另一方面国内对天然气的需求与日俱增，2020年需求量将达到2000亿立方米，同期天然气产量只能达到1400亿～1600亿立方米。另外，煤制天然气可以大规模管道输送，节能、环保、安全，输送费用低。因此，如何合理利用煤炭资源，研究开发先进的清洁高效的煤转化天然气技术，具有重大的意义。

传统的煤转化技术由于能耗高、污染大、效率低，已不能满足社会发展需要，因此，兴起了洁净煤技术的开发。煤的温和气化技术是洁净煤技术之一，它是通过选择合适的催化剂，来实现反应过程的温和化。煤催化气化是在煤为固体的状态下进行的，催化剂与煤的粉粒按照一定比例混合，煤表面分布的催化剂通过侵蚀开槽作用，使煤与气化剂更好地接触并加快气化反应。煤催化气化属多相催化反应，反应发生在催化剂表面上，所以催化剂的表面积，特别是反应可利用的表面积决定催化剂的活性。因此，催化剂和煤的接触面积决定了反应速度，这是大规模生产的瓶颈。

在传统的生产过程中，通常通过提高催化剂的添加量来提高催化作用。例如：在煤催化气化制氢实验中，若采用廉价的CaO为催化剂，需加入20wt％甚至40wt％的CaO；为了生产代用天然气，通常加入20～30wt％的催化剂碳酸钾。催化剂添加量的提高，使得催化剂回收难度增加，生产成本也随之提高。

催化剂的添加通常采用干混法或浸渍法。干混法是将干燥后的煤粉或煤粉与干燥后的颗粒状或粉状催化剂机械混合；浸渍法是将干燥后的煤粉或煤粉浸泡到一定浓度的催化剂水溶液中，浸渍一段时间后再干燥。这两种分散方法得到的催化剂颗粒粒径偏大，比表面积偏小，并且催化剂颗粒不能均匀地附着在煤粉上，且催化剂颗粒仅能附着在煤粉的外表面上，以上这些因素限制了催化剂与煤的接触面积。

本申请利用无机物催化剂在水的跨临界区域溶解度等性质的变化，实现催化剂在固体颗粒表面上的高度均匀的分散。更具体地，本申请利用无机物催化剂在水的跨临界区域溶解度等性质的变化，使煤气化催化剂在煤的催化气化过程中在煤粉表面高度均匀地分散。

水的性质在临界点之上(T＞374℃，P＞22.1M Pa)发生了极大的变化，其密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化性对温度和压力十分敏感。亚临界水的介电常数介于常态水和超临界水之间，因此，近临界水足以既能溶解盐，又能溶解有机物。而超临界水却类似于中等强度极性的有机溶剂。常规水中易溶解的无机物在超临界水中的离解常数和溶解度却很低，几乎不溶。因此，当其中溶解了催化剂的水由亚临界状态向超临界状态转变时，因此，水的超临界或亚临界状态的特性被应用于高分散性催化剂的制备。

发明概述

本发明的目的是提供一种催化剂的分散方法，该方法利用催化剂在亚临界水和超临界水的溶解度的巨大差异，可以将催化剂高度分散在固体颗粒上。用本方法分散的催化剂具有催化剂颗粒粒径小、比表面积高和分散均匀的优点，进而催化活性得以大大提高。该方法包括下列步骤：

a)将催化剂溶于处于亚临界状态的水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；

b)使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在固体物质的孔道中和/或表面上。

另一方面，本发明的目的是提供一种在煤的加工过程中催化剂的分散方法，该方法利用催化剂在亚临界水和超临界水的溶解度的巨大差异，可以将催化剂高度分散在煤粉颗粒上。用本方法分散的催化剂具有催化剂颗粒粒径小、比表面积高和分散均匀的优点，进而催化活性得以大大提高。该方法包括下列步骤：

a)将催化剂溶于亚临界水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；

b)使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在煤粉的孔道中和/或表面上。

任选地，以上所述固体物质或煤粉已经用亚临界或超临界的水处理过。