[发明专利]一种煤催化气化催化剂的分散方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体地说，提出了一种简易高效的煤催化气化催化剂的分散方法。

背景技术

煤是植物残骸在适宜的地质环境中，逐渐堆积而达到一定厚度，并被水或泥沙覆盖，经过了漫长的地质年代，经历了物理、化学和生物的复杂作用，而逐渐形成的有机生物岩石。生成煤的原始物质复杂多样，生成煤的外部条件和生成煤的历史年代各有不同，造成了煤在具有一些共性的同时，与一般的矿物相比，在矿物学和岩相学、基本物理和化学特征等方面更具有种类的多样性和结构的复杂性。

中国的能源结构特征是煤多气少，煤炭对我国国民经济的发展起着极其重要的作用，但随着经济的发展和人民生活水平的提高，煤直接作为燃料，不仅能效低，且排放的气体增加了空气中PM2.5含量，致使环境受到危害。利用煤气化技术，将煤转化为气体燃料是煤清洁高效利用的一种重要途径。利用煤气化技术将煤转变为合成气，再利用合成气生产氨、甲醇等多种重要的化工产品。工业化生产的煤气化技术为不添加催化剂的煤气化技术。只有当气化温度在1100-1700 ℃时，气化反应速率才可达到工业化生产需求。但是煤气化温度越高，需要消耗更多的煤来维持高温气化状态，且出口气的温度较高，增加了降温过程的能量损失。因此相对传统的煤气化，煤催化气化有诸多优势，其主要原因在于，在催化剂的作用下可显著降低煤气化温度，保持在较低温度下进行，同时还能够调节煤气成分，被称之为第三代煤气化技术。

超声化学是利用超声能量加速和控制化学反应，提高反应产率和引发新的化学反应的一门边缘学科。超声作用源于超声“空化”。对于固－液非均相体系，空化所产生的核振荡、微射流能够冲击流体，表现为流体湍动和颗粒强烈的相互碰撞，有利于组分在微孔内的扩散（J. Am. Chem. Soc., 1983, 60:1494）。将超声波用于催化剂的制备过程，可增加活性组分的渗透性，使其均匀分散，所得到的催化剂具有活性物种分散均匀且活性高等优良性能（J. Mol. Catal., 1981, 1:253）。

碱金属、碱土金属、过渡金属（Fe、Co、Ni）的盐类及其混合物对煤催化气化具有显著的促进效果。这些催化剂多为固体颗粒，通过分布在煤粒表面加速气化反应的进行，因此催化剂与煤的混合方式对煤催化气化的效果有很大影响。常用的混合方式有机械混合和浸渍法混合。机械混合虽然操作简易，但由于混合不均匀且催化剂与煤粉之间的结合力不强，结果影响了催化效果；浸渍法混合虽然在一定程度上能够使得催化剂组分较好地分布于煤基材料上，但制备耗时且催化剂组分在煤基材料上的分散效果也不是太理想，这在一定程度上也制约了催化活性的提高。因此，针对目前煤催化气化的催化剂制备过程中存在的局限性，开发出催化剂组分在煤基材料上有较好的分散效果且制备过程不耗时的新工艺，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明依据现有煤催化气化催化剂制备工艺存在催化剂组分不能有效分散于煤基材料上且制备耗时等缺点，提供了一种利用超声波技术将催化剂组分简易快速地分布于煤基材料上，大大加速了制样的进程，且避免了常规机械法和浸渍法不能均匀地将催化剂和煤基材料之间有效混合的问题。在固定床反应器进行煤催化气化反应中，活性结果表明利用本发明所提供的催化剂制备工艺，该催化剂表现出更加优异的催化效果。

本发明简易高效的煤催化气化催化剂制备方法，其特征是利用超声波发射出的超声能量，作用于含有催化剂和煤基材料上，该混合物的粒径为40目-80目，活性组分的担载量为金属质量与煤基材料质量比，担载量为6%-30%。

一般地，本发明制备方法是：将煤基材料、催化剂、水混合，利用超声波发射出能量作用于该混合物，然后进行干燥处理，压片后破碎过筛。

所述方法包括以下步骤：将煤基材料和催化剂置于蒸馏水中，用固定频率为50 KHz超声波作用后，进行干燥处理，压片后破碎过筛至40目-80目。

所述超声波功率优选40 W-120 W。

所述超声波作用时间优选40 min-100 min。

所述煤基材料为褐煤，烟煤，焦炭，石油焦或无烟煤。

所述活性组分的担载量为金属质量与煤基材料质量比，优选担载量为10%-25%。