转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及多金属催化剂的技术领域，具体公开了转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用。通过Ni、Co、Pt的协同催化作用，进一步提高煤催化气化转换效果，同时均匀的多孔碳结构对烟尘具有良好的吸附效果。在转炉煤气回收应用中，通过向转炉汽化烟道内吹入多孔碳复合催化材料，以及活化煤粉和复合水凝胶，利用三者的协同作用，进一步促进CO2、O2向CO的转化效率，提高煤气的纯净度。提高煤气的纯净度。

【技术实现步骤摘要】
转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多金属催化剂的
，具体涉及转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]转炉煤气是转炉炼钢过程中产生的副产物，具体的，转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体，该混合气体即转炉煤气。转炉煤气由转炉炉口喷出，温度高达1450℃～1500℃，主要成分一般为CO 55
‑
80%、CO
2 14
‑
20%、N
2 5
‑
18%、H2＜1.5%，O2＜2.0%，同时夹带大量氧化铁粉尘。将转炉煤气回收，其可作为一种重要燃料和原料用于钢铁企业冶金包烘烤、化工产品和燃气发电等工业生产中。
[0003]然而，转炉煤气需经降温、除尘方能使用，通常使用转炉汽化烟道最大限度地收集高温烟气。收集的高温烟气需要捕捉其中的烟尘，使煤气的质量满足用户的需求；还要确保CO的含量，使回收的煤气中单位发热值高；同时，控制煤气中的氧含量在爆炸极限范围以外，按照GB 51135
‑
2015《转炉煤气净化及回收工程技术规范》，当煤气中O2含量大于2%时应停止回收煤气。
[0004]目前主要通过湿法净化系统和干法净化系统来实现转炉煤气的回收，但都存在氧气含量不易控制且CO2含量较高的问题。现有研究通过向转炉汽化烟道内喷吹碳素材料来实现转炉煤气的回收，通过催化剂作用，使煤粉中的碳与转炉烟气中的O2反应生成CO，并与CO2反应生成CO，但是催化剂多采用烟尘中的FeO、Fe2O3、CaO和它们的复合物，其催化效果以及转炉煤气回收质量有待进一步提高。
[0005]现有研究表明碱金属元素、碱土金属元素以及第八副族的过渡金属元素对煤催化气化有一定的作用。但是碱金属元素的化合物容易挥发，对气化设备有腐蚀作用，且高温下催化剂容易失去活性，而过渡金属元素易被煤中硫（S）毒化。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提供转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用。通过Ni、Co、Pt的协同催化作用，进一步提高煤催化气化转换效果，同时均匀的多孔碳结构对烟尘具有良好的吸附效果。在转炉煤气回收应用中，通过向转炉汽化烟道内吹入多孔碳复合催化材料，以及活化煤粉和复合水凝胶，利用三者的协同作用，进一步促进CO2、O2向CO的转化效率，提高煤气的纯净度。
[0007]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料，包括多孔碳材料，在所述多孔碳材料表面和孔洞内部负载有镍
‑
钴
‑
铂金属体系；其中，所述镍
‑
钴
‑
铂金属体系占多孔碳复合催化材料质量的0.5
‑
1.2%。
[0008]优选地，所述镍
‑
钴
‑
铂金属体系中，镍、钴、铂的摩尔比为2
‑
5:1
‑
3:1
‑
2。
[0009]相对于现有技术，本专利技术通过Ni、Co、Pt的协同催化作用，进一步提高煤催化气化
转换效果，其中钴可以强化球体材料的稳定性，镍和铂的金属多活性位点能够起到较好的催化效果；均匀的多孔碳结构对烟尘具有良好的吸附效果，改善煤气的纯净度，可进一步降低氧化物含量；多孔碳结构使得碳材料的质量密度较小，孔隙率较大，能够显著降低氩气和氮气的通入量，在降低气体消耗成本的同时，还能减缓煤气温度的降低。
[0010]本专利技术实施例的第二方面，还提供了一种上述转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将可溶性镍盐、钴盐和铂盐分别溶于水，分别同步加入到pH值为8.0
‑
8.5的碱性溶液中，在碱性溶液中通入O2的条件下进行共沉淀反应，过滤，干燥，得到镍钴铂前驱体；S2，以所述镍钴铂前驱体、柠檬酸溶液和三聚氰胺溶液为原料，通过喷雾干燥工艺制备球状的碳包覆镍钴铂的前驱体粉末；S3，将所述前驱体粉末压实，在5
‑
10%H2与90
‑
95%Ar混合气氛中微波烧结，最后经研磨，得镍
‑
钴
‑
铂多孔碳复合催化材料，其中，烧结温度为650
‑
800℃，烧结时间为3
‑
5h。
[0011]与现有技术相比，本专利技术采用共沉淀技术，通过镍、钴、铂的多金属离子复合，获得球状镍钴铂的前驱体，在O2条件下反应可以引入更多的空位或缺陷，增强材料的催化效果；然后通过喷雾干燥工艺，制备出碳包覆镍钴铂前驱体粉末；最后在H2与Ar气氛下进行烧结处理，将球状镍钴铂前驱体较好的固定/嵌入到高比面积的多孔碳材料中。通过本方法制备的催化材料在获得显著的催化效果的同时，具有优异的吸附性能。
[0012]优选地，步骤S1中所述可溶性镍盐为乙酸镍、氯化镍或水合硝酸镍，浓度为1
‑
1.2mol/L；所述可溶性钴盐为水合硝酸钴或氯化钴，浓度为0.8
‑
1.0mol/L；所述可溶性铂盐为氯铂酸或氯铂酸铵，其浓度为0.4
‑
0.6mol/L；控制可溶性镍盐、钴盐和铂盐加入碱性溶液的流量为10
‑
30mL/min；所述碱性溶液为氨水；所述共沉淀反应的反应温度为48
‑
49℃、反应时间为20
‑
24h。
[0013]优选地，步骤S2中所述镍钴铂前驱体的质量为以柠檬酸和三聚氰胺为碳源质量的1
‑
3%；其中，柠檬酸配置的所述柠檬酸溶液的浓度为0.8
‑
1.2mol/L，三聚氰胺配置的所述三聚氰胺溶液的浓度为1.2
‑
1.8mol/L，柠檬酸溶液与三聚氰胺溶液的体积比为1
‑
1.8:4.0
‑
5.5；所述喷雾干燥工艺的入口温度为180
‑
220℃，进料速率为0.3
‑
0.8L/h，进风流量为350
‑
500L/h。
[0014]优选地，步骤S3中所述压实为在8
‑
10MPa、20
‑
50℃下处理15
‑
20min。
[0015]本专利技术第三方面还提供上述转炉煤气在回收富化中的应用，具体地，向收集转炉烟气的转炉汽化烟道内吹入权利要求1
‑
2任一项所述的多孔碳复合催化材料，以及活化煤粉和复合水凝胶，用于将转炉烟气中的CO2和O2转化成CO；其中，所述复合水凝胶，按重量份，由乙二醇二缩水甘油醚30
‑
48份、海藻酸钠15
‑
24份、柠檬酸钠1
‑
4份、五乙烯六胺10
‑
14份、氯化铵10
‑
14份和氯化钙10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料，其特征在于，包括多孔碳材料，在所述多孔碳材料表面和孔洞内部负载有镍
‑
钴
‑
铂金属体系；其中，所述镍
‑
钴
‑
铂金属体系占多孔碳复合催化材料质量的0.5
‑
1.2%。2.如权利要求1所述的转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料，其特征在于，所述镍
‑
钴
‑
铂金属体系中，镍、钴、铂的摩尔比为2
‑
5:1
‑
3:1
‑
2。3.如权利要求1
‑
2任一项所述的转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将可溶性镍盐、钴盐和铂盐分别溶于水，分别同步加入到pH值为8.0
‑
8.5的碱性溶液中，在碱性溶液中通入O2的条件下进行共沉淀反应，过滤，干燥，得到镍钴铂前驱体；S2，以所述镍钴铂前驱体、柠檬酸溶液和三聚氰胺溶液为原料，通过喷雾干燥工艺制备球状的碳包覆镍钴铂的前驱体粉末；S3，将所述前驱体粉末压实，在5
‑
10%H2与90
‑
95%Ar混合气氛中微波烧结，最后经研磨，得镍
‑
钴
‑
铂多孔碳复合催化材料，其中，烧结温度为650
‑
800℃，烧结时间为3
‑
5h。4.如权利要求3所述的转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述可溶性镍盐为乙酸镍、氯化镍或水合硝酸镍，浓度为1
‑
1.2mol/L；所述可溶性钴盐为水合硝酸钴或氯化钴，浓度为0.8
‑
1.0mol/L；所述可溶性铂盐为氯铂酸或氯铂酸铵，其浓度为0.4
‑
0.6mol/L；控制可溶性镍盐、钴盐和铂盐加入碱性溶液的流量为10
‑
30mL/min；所述碱性溶液为氨水；所述共沉淀反应的反应温度为48
‑
49℃、反应时间为20
‑
24h。5.如权利要求3所述的转炉煤气回收用多孔碳复合催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述镍钴铂前驱体的质量为以柠檬酸和三聚氰胺为碳源质量的1
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3%；其中，柠檬酸配置的所述柠檬酸溶液的浓度为0.8
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1.2mol/L，三聚氰胺配置的所述三聚氰胺溶液的浓度为1.2
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1.8mol/L，柠檬酸溶液与三聚氰胺溶液的体积比为1
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1.8:4.0
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5.5；所述喷雾干燥工艺的入口温度为180
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220℃，进料速率为0.3
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0.8L/h，进风流量为350
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500L/h。6.一种转炉煤气回收富化的方法，其特征在于：向收集转炉烟气的转炉汽化烟道内吹入权利要求1
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2任一项所述的多孔碳复合催化材料，以及活化煤粉和复合水凝胶，用于将转炉烟气中的CO2和O2转化成CO；其中，所述复合水凝胶，按重量份，由乙二醇二缩水甘油醚30
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48份、海藻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，冯捷，张迪，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：