[发明专利]一种可调控长焰煤热解产物组成和分布的催化剂和应用

说明书

技术领域

本发明涉及低阶煤洁净转化利用，具体地说是一种可调控低阶煤热解产物组成和分布的催化剂和应用。

背景技术

煤炭是我国能源的主体，其中低变质煤(褐煤/长焰煤等)资源蕴藏量占煤炭储量的55％以上。工业煤炭类能源消费占能源消费总量的70.3％，而化石能源的燃烧是温室气体CO₂的主要来源之一。我国提出到2020年二氧化碳排放强度比2005年降低40～45％。基于热解的煤炭清洁转化技术可以最大程度地提高低阶煤转化效率、较少污染物排放，具有广阔的应用前景和重要意义。煤经热解不仅可以获得焦炉煤气、煤焦油、焦炭或半焦，也是制备高附加值化工产品，如BTX(苯、甲苯、二甲苯)的重要途径。影响煤热解的主要因素包括温度、升温速率、停留时间、压力、气氛等工艺参数，以及煤的粒度，煤阶，比表面，孔径分布等物理性质，然而受到成本和工艺条件的制约，这些组分单靠调节温度、压力、气氛等工艺参数使其可控热解是不能现实的。

自上世纪80年代开始，煤的催化热解受到各国研究者的重视，并取得了一定进展。煤热解催化剂主要集中在过渡金属、分子筛或它们的混合物等方面。公开号：CN104710998A，采用NiO/MgO为催化剂，以热解气作为反应气，热解气空速为2400ml/g·h，反应温度为550℃，焦油产率提高2.16％。公开号：CN1664069A，采用上层为煤层，下层为催化层的反应器，催化剂为Ni/Al₂O₃为催化剂，反应气氛为400ml/min CH₄和100ml/min O₂，反应温度为700℃，压力为2Mpa时，兖州煤焦油产率提高1.7倍。公开号：CN1664069A，采用NiO/MgO-Al₂O₃为催化剂，该催化剂中各组分质量百分比组成为：Al₂O₃：79％；NiO：6％；MgO：15％，反应温度为600℃，气体产率较原煤热解提高23％，热解煤焦油中轻质组分增加30％。Takarada等在粉-粒流化床中，考察了MS-13X、USY-沸石、HY-沸石、NaY-沸石、H-丝光沸石、Na-丝光沸石、CoMo/Al₂O₃对一种次烟煤的催化热解性能。结果发现，虽然催化剂对热解转化率的提高没有明显作用，但所有沸石对BTX的催化选择性能均优于CoMo/Al₂O₃催化剂，其中MS-13X的催化性能最好，在H₂压力为1.0MPa，温度730℃时，BTX的产率达到8.1wt％(daf)。Chareonpanich等利用两段式催化固定床，使用Ni-Mo-S/Al₂O₃催化剂，改变氢气压力，热解所得BTX产率为10.4wt％(daf)。综上所述，上述方法中反应条件苛刻，同时工艺复杂，不利于工业化实现。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种可调控长焰煤热解产物组成和分布的催化剂和应用，采用该催化剂热解长焰煤，能够明显提高煤热解焦油产率，并且生成具有高附加值的芳香化合物，工艺简单，利于工业化。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种可调控长焰煤热解产物组成和分布的催化剂，包括如下步骤：

(1)将金属硝酸盐和分子筛加入到去离子水中，然后搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)将混合溶液冷却至室温后过滤，将所得固相洗涤到中性，然后干燥，得催化剂前驱体；

(3)将催化剂前驱体于300～600℃下焙烧3～8h，得到可调控长焰煤热解产物组成和分布的催化剂。

所述步骤(1)中金属硝酸盐中的金属为铝、镓、锌、锗中的一种或几种。

所述步骤(1)中搅拌的温度为50～100℃，时间为2～12h。

所述步骤(1)中金属的质量占分子筛质量的0～10％。

所述向步骤(1)中的去离子水中加入碱性物质，并使得去离子水中碱性物质的浓度为0.5～2mol/L；金属的质量占分子筛质量的1～10％。