[发明专利]用于芳烃常压加氢制合成气的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于芳烃常压加氢制合成气的催化剂及其制备方法，属煤焦油催化裂化工艺及催化剂技术领域。

背景技术

基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料电池汽车因具有高效节能以及零排放的优良环保特性，已成为当今世界能源和交通领域研究的热点。2000年的第一轮燃料电池汽车试运行高潮过后，世界各国对燃料电池汽车的投入，已从建造示范汽车重新回到加强应用基础研究。因为科学家冷静地认识到，燃料电池汽车要走向大规模应用，必定是一场需要厚积薄发的“长跑”。在众多亟待解决的问题中，氢源问题已经成为燃料电池汽车商业化道路上的最大障碍之一。为促进未来燃料电池汽车商业化发展，开发高效、经济、大规模的氢气制备技术是迫待解决的关键问题。现有氢气的制备方法很多，利用太阳能、风能、地热、生物质等可再生能源制氢是最理想的模式，但目前利用这些可再生能源通过光解、热解、电解或微生物分解等方法制备的氢能都不具备规模化和经济性。世界上可用于规模制氢的成熟方法主要是水电解和化石能源制氢(煤、天然气和液体化石能源)。利用化石能源制氢中，主要包括甲烷的水蒸气重整、石脑油的重整和焦炉净煤气的分离等。目前，通过变压吸附(PSA)技术对净焦炉煤气中的原始H₂组分进行分离和纯化制氢已是比较成熟的工业化工艺，分离效率可以达到70％以上。此工艺中只回收了焦炉煤气中的原始H₂组分，而其他含能气体(CO、CH₄和C_nH_m等)并没有科学利用。事实上，对高温焦炉煤气中的焦油和甲烷进行重整和水煤气变换，可以获得的氢气比原始焦炉煤气中的氢气还多。

焦炉煤气中的焦油蒸汽，其量虽少，但易堵塞管道，腐蚀设备，极不利于生产的正常运行，一直是煤化工领域的“老大难”问题。所以，合理的净化措施是高效利用焦炉煤气必不可少的过程。在传统焦炉煤气净化的各工序中，可供采用的净化技术如：①煤气冷却。两段式多段冷却、上升管气化冷却与荒煤气显热利用、循环氨水余热利用；②除萘。轻质焦油洗萘、蒽油除萘与再生、富油洗萘与再生；③除焦油雾。蜂窝形电捕器与热氨水清扫、电捕器绝缘箱氮封、电捕器高效高压直流电场整流；④洗氨。喷洒式饱和器生产硫铵、无饱和器生产硫铵、蒸氨槽蒸汽射节能、浓氨气分解；⑤脱苯。高效填料吸收塔与旋流板捕雾器、高效换热设备、高效加热炉、高效脱苯塔；⑥脱硫脱氰。这些简单水洗、过滤等冷凝净化处理办法，只是把焦油从气体中分离出来，未能充分利用焦油本身所携带的物理热和化学能。

高温焦炉煤气湿组分的转化可以通过高温热裂解的办法，也可以通过催化裂解来实现。热裂解需要很高的温度(1100～1300℃)，该条件对设备的要求高，需要提供大量的能量，在实际应用中较难实现；催化裂解是利用特定催化剂的作用，将焦油组分转化反应所需活化能大为降低，使得焦油组分的转化过程可以在较低温度下(约750～900℃)较为容易的进行，并在短时间内获得较高的裂解效率。利用催化剂对高温焦炉煤气湿组分进行催化转化步骤，既是实现终端氢组分大幅度增加的重要过程，也是充分合理利用焦炉煤气物理热和化学能的主要技术环节。

因此，充分利用焦炉煤气本身所含有的大量氢气，对焦油组分进行加氢以获得饱和烃(CH₄和C₂H₆等)，以便于在下游对烃类进行集中部分氧化重整处理，此方法既能充分利用高温焦炉煤气中焦油组分的物理热和化学能，又可以避免煤焦油在下游低温区的冷凝而堵塞管道，从而达到科学有效地解决这一“老大难”问题的目的。