[发明专利]一种用于催化改质煤焦油的多级孔碳基催化剂的制备方法

说明书

一种用于催化改质煤焦油的多级孔碳基催化剂的制备方法，属于催化改质煤焦油催化剂的制备技术领域，可解决现有的微孔碳基催化剂由于孔径较小，对重质焦油反应物的扩散阻力较大，不利于催化反应的进行的问题。首先将低变质程度煤在含钙矿物质的催化作用下经水蒸气活化得到具有多级孔结构的半焦，然后以多级孔半焦为载体负载活性金属制备具有多级孔结构的碳基催化剂。该催化剂同时具有发达的微孔和介孔结构，有利于焦油中的重质组分在催化剂孔道内的扩散以及与活性位点的接触，在催化改质煤焦油中表现出了良好的催化效果，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于催化改质煤焦油催化剂的制备技术领域，具体涉及一种用于催化改质煤焦油的多级孔碳基催化剂的制备方法。

背景技术

煤的热解是煤炭热化学转化的基础阶段，煤热解过程中产生的焦油是一种黏稠的碳氢化合物的混合物。煤焦油中的轻质组分是重要的化工原料，其中很多化合物无法或不能经济地从石油工业中获取。然而，目前煤化工工业产生的煤焦油中重质组分高达50%以上，重质组分由于沸点较高，分离困难，对其加工利用程度较低，这不仅造成了资源的浪费，也易导致环境污染。

对煤焦油进行催化改质是实现煤焦油高值利用的一条重要途径。在煤热解产生的气态焦油未冷凝前通过催化剂对其进行原位催化裂解不仅可以避免对冷态焦油进行催化改质时加热造成的能源浪费，同时也能够有效利用煤热解挥发分中的富氢组分，从而将煤焦油中占比较高的重质组分转化为高附加值的轻质组分，实现煤焦油的高附加值利用。

碳基催化剂由于具有丰富的孔隙结构，以及可以作为活性位点的碳缺陷位，从而对煤焦油具有一定的催化裂化作用，并且可以通过引入活性金属组分提高其催化性能。然而通过一般方法制备的碳基催化剂是微孔材料，催化剂小的孔道结构将会限制焦油中的大分子反应物在孔道内的扩散以及与活性位点的接触，并且扩散限制会增加积碳的可能性，导致催化剂更易失活。多级孔催化剂具有宽的孔径分布以及大的孔体积，能够促进反应物的传质扩散以及与活性位点的接触，同时也能够减少积碳的形成，减缓催化剂的失活。传统的多级孔碳材料的制备方法多采用模板法，不仅生产工艺复杂，而且制备成本高。

发明内容

本发明针对现有催化改质煤焦油的碳基催化剂大多数为微孔材料，不利于反应物在催化剂孔道内的扩散以及与活性位点的接触，也易导致催化剂因孔道堵塞而失活；并且传统的多级孔碳材料的生产工艺复杂，制备成本较高的问题。提供一种用于催化改质煤焦油的多级孔碳基催化剂的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种用于煤焦油催化改质的多级孔碳基催化剂的制备方法，该方法以来源广泛、廉价易得的低变质程度煤炭为原料，通过负载成本低廉的含钙矿物质在水蒸气气氛下活化制备多级孔半焦，然后通过浸渍法负载活性金属得到负载型多级孔碳基催化剂。经检验，该催化剂能够显著提高煤热解焦油中轻质芳烃产率，具有良好的催化改质煤焦油的效果。

一种用于煤焦油催化改质的多级孔碳基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，制备多级孔结构的半焦：采用浸渍法将含钙矿物质负载于脱矿物质的低变质程度煤中，得到负载含钙矿物质的煤样，在水蒸气气氛下活化后，得到活化后的半焦，活化后的半焦通过酸洗去除含钙矿物质，得到具有多级孔结构的半焦；

第二步，制备多级孔碳基催化剂：采用浸渍法将镍盐或钼盐负载于具有多级孔结构的半焦中，煅烧后，得到多级孔碳基催化剂。

进一步地，第一步中制备多级孔结构的半焦，包括如下步骤：

a. 将低变质程度煤破碎，研磨，筛分，选取粒径小于0.178mm的煤样；

b. 对煤样进行酸洗脱矿物质处理：将煤样与盐酸按照质量体积比为1g:10mL的比例混合，在25℃下搅拌12h，搅拌结束后，过滤洗涤干燥，得到盐酸浸洗的煤样，将盐酸浸洗后煤样与氢氟酸混合，在25℃下搅拌12h，过滤洗涤干燥后，得到脱矿物质的煤样，其中，氢氟酸的加入量与盐酸的体积比为1:1；