一种催化剂的分散方法技术

本发明专利技术涉及利用亚临界水和超临界水的特性在固体物质上分散催化剂的方法，尤其涉及使处于亚临界状态下的包含催化剂的水与煤粉或经过预处理的煤粉在超临界状态下接触以使催化剂高度分散在煤粉上的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是在煤的加工中使催化剂高度 分散于煤粉上的方法。
技术介绍
煤炭是中国的主要能源，查明储量l万亿吨，占我国各种化石燃料资源总储量的95%以上。 一方面，我国84%以的煤炭上作为燃料直接燃烧，不但 热效率低，同时也是目前最主要的污染源。另一方面国内对天然气的需求与 日俱增，2020年需求量将达到2000亿立方米，同期天然气产量只能达到 1400亿~ 1600亿立方米。另外，煤制天然气可以大规模管道输送，节能、 环保、安全，输送费用低。因此，如何合理利用煤炭资源，研究开发先进的 清洁高效的煤转化天然气技术，具有重大的意义。传统的煤转化技术由于能耗高、污染大、效率低，已不能满足社会发展需 要，因此，兴起了洁净煤技术的开发。煤的温和气化技术是洁净煤技术之一， 它是通过选择合适的催化剂，来实现反应过程的温和化。煤催化气化是在煤为 固体的状态下进行的，催化剂与煤的粉粒按照一定比例混合，煤表面分布的 催化剂通过4曼蚀开槽作用，使煤与气化剂更好地接触并加快气化反应。煤催 化气化属多相催化反应，反应发生在催化剂表面上，所以催化剂的表面积，特 别是反应可利用的表面积决定催化剂的活性。因此，催化剂和煤的接触面积 决定了反应速度，这是大规模生产的瓶颈。在传统的生产过程中，通常通过提高催化剂的添加量来提高催化作用。 例如在煤催化气化制氢实验中，若采用廉价的Ca0为催化剂，需加入20wt呢 甚至40wt96的CaO;为了生产代用天然气，通常加入20 ~ 30wt96的催化剂碳 酸钾。催化剂添加量的提高，使得催化剂回收难度增加，生产成本也随之提 高。催化剂的添加通常采用干混法或浸渍法。干混法是将干燥后的煤粉或煤粉与千燥后的颗粒状或粉状催化剂机械混合；浸渍法是将干燥后的煤粉或煤 粉浸泡到一定浓度的催化剂水溶液中，浸渍一段时间后再干燥。这两种M 方法得到的催化剂颗粒粒径偏大，比表面积偏小，并且催化剂颗粒不能均匀 地附着在煤粉上，且催化剂颗粒仅能附着在煤粉的外表面上，以上这些因素 限制了催化剂与煤的接触面积。本申请利用无机物催化剂在水的跨临界区域溶解度等性质的变化，实现 催化剂在固体颗粒表面上的高度均勾的分散。更具体地，本申请利用无机物 催化剂在水的跨临界区域溶解度等性质的变化，使煤气化催化剂在煤的催化 气化过程中在煤粉表面高度均勻地分散。水的性质在临界点之上(T 〉 374°C， P 〉 22. 1M Pa)发生了极大的变化， 其密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化性对温度和压力十分 敏感。亚临界水的介电常数介于常态水和超临界水之间，因此，近临界水足 以既能溶解盐，又能溶解有机物。而超临界水却类似于中等强度极性的有机 溶剂。常规水中易溶解的无机物在超临界水中的离解常数和溶解度却很低， 几乎不溶。因此，当其中溶解了催化剂的水由亚临界状态向超临界状态转变 时，因此，水的超临界或亚临界状态的特性被应用于高分散性催化剂的制备。专利技术概述本专利技术的目的是提供，该方法利用催化剂在亚临 界水和超临界水的溶解度的巨大差异，可以将催化剂高度分散在固体颗粒上。 用本方法分散的催化剂具有催化剂颗粒粒径小、比表面积高和分散均匀的优 点，进而催化活性得以大大提高。该方法包括下列步骤a) 将催化剂溶于处于亚临界状态的水中形成催化剂溶液并将其加到 反应器中；b) 使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在固 体物质的孔道中和/或表面上。另一方面，本专利技术的目的是提供一种在煤的加工过程中催化剂的分散方 法，该方法利用催化剂在亚临界水和超临界水的溶解度的巨大差异，可以将 催化剂高度分散在煤粉颗粒上。用本方法分散的催化剂具有催化剂颗粒粒径 小、比表面积高和分散均匀的优点，进而催化活性得以大大提高。该方法包括下列步骤a) 将催化剂溶于亚临界水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；b) 使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在煤 粉的孔道中和/或表面上。任选地，以上所述固体物质或煤粉已经用亚临界或超临界的水处 理过。在由煤粉制备甲烷等可燃气体的加工方法中，可以首先将煤粉制成水煤 浆。可直接将该水煤浆加入到处于超临界状态下的气化反应器中，同时向该 气化反应器中通入处于亚临界状态下的含有催化剂的水，使二者接触并发生 反应。或者，该水煤浆也可以先在亚临界或超临界状态下进行预处理，从煤 粉中除去褐煤蜡、蒽、菲等物质，得到处理过的煤粉，该处理过的煤粉表面 超级洁净且多孔，其性质类似于活性炭或骨架碳，然后使该处理过的煤粉则 进入气化反应器，同时向该气化反应器中通入处于亚临界状态下的含有催化 剂的水，使二者接触并发生反应。其中所述亚临界状态为16-22MPa和 120-374°C。在该亚临界状态下，所述催化剂溶于水中。催化剂选自碱金属或碱土金属氧化物、碱金属或碱土金属氢氧化物和碱 金属或碱土金属盐、或它们的混合物，例如K20、 Na20、 Ca0、 Mg0、 K0H、 Ca(0H)2、 Mg(0H)2、 K线和Na线等,或它们的混合物。使反应器处于超临界状态，所述超临界状态为22. 1-40MPa和374-650°C。 在超临界状态下，原本在亚临界状态下易溶于水的催化剂因在超临界状态下 溶解度迅速降低，所形成的高度过饱和度使得催化剂在极短的时间内结晶析 出，因此形成的催化剂晶体的粒径较小，且由于处理过的煤粉的多孔性和超 临界水的强渗透性，析出的催化剂高度分散于煤粉颗粒表面，不仅可以分布 在煤粉颗粒外表面上，更可以分布在煤粉颗粒的孔隙内表面上，由此使催化 剂与煤粉接触更充分。在该超临界状态下，使上述分离过程中的固体产物在 催化剂的作用下发生催化反应，形成反应产物。然后可将该反应产物进行气液固分离得到固体煤渣和气液混合物，气液 混合物进一步分离得到气体产物和液体产物，其中气体产物包括氬气和曱烷， 液体包括水和液相二氧化碳，以及溶解在水中的催化剂。该气体产物可直接作为气体燃料使用，或者经过进一步的分离提纯后，例如经过变压吸附，将 曱烷与氢气分开，甲烷作为气体燃料收集，而氢气可用于对上述焦油或焦油 的提取残余物的加氢裂解过程中。液相二氧化碳可通过微藻吸收、掩埋、置 换煤层气或地下原油来处理。上述反应器的温度可通过加热或换热来进行调节，以得到所希望的亚临 界状态或超临界状态。任选地，为了调节反应器中的温度，可以向反应器中 通入氧气，通过氧化反应放热来形成内热式反应器，通过控制氧气的流量来 调节反应器内的温度。此外，本专利技术还可以进一步包括步骤e):使步骤b)所述反应器由超 临界状态变为亚临界状态再变为超临界状态。在一个实施方案中，可 将步骤c)重复多次，例如将步骤c)重复2-4次。在另 一方面，本专利技术也涉及煤加工中催化剂的分散方法，包括将煤粉、 水和催化剂加到一组串联反应器中进行处理，其中所述煤粉、水和催化 剂加到所述一组串联反应器中的第 一个反应器，所述一组反应器从第一 个反应器开始依次交替处于亚临界-超临界的状态，上一个反应器的产 物不经任何分离全部作为下一个反应器的进料。其中所述一组串联反应 器包括2-IO个反应器，例如4-6个反应器，优选4个反应器。其中所述 亚临界状态为16-22MPa和120-374。C，所述超临界状态为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂的分散方法，包括下列步骤：　ａ）将催化剂溶于处于亚临界状态的水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；　ｂ）使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在固体物质的孔道中和／或表面上。

【技术特征摘要】
1. 一种催化剂的分散方法，包括下列步骤a)将催化剂溶于处于亚临界状态的水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；b)使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散在固体物质的孔道中和/或表面上。2. 在煤加工中催化剂的分散方法，包括下列步骤a) 将催化剂溶于亚临界水中形成催化剂溶液并将其加到反应器中；b) 使所述反应器处于超临界状态，籍此催化剂从水中析出并分散 在煤粉的孔道中和/或表面上。3. 根据权利要求1或2的方法，其中所述催化剂选自由碱金属或 碱土金属氧化物、碱金属或碱土金属氬氧化物和碱金属或碱土金盐组 成的组。4. 才艮据权利要求1或2的方法，所述催化剂选自由K20、 Na20、 CaO、 MgO、 KOH、 Ca(OH)2、 Mg(OH)2、 K2C03和Na2C03組成的组。5. 根据权利要求1或2的方法，其中所述亚临界状态为16-22MPa 和120-374。C。6. 根据权利要求1或2的方法，其中所述超临界状态为22.1-40MPa 和374國650。C。7. 根据权利要求1或2的方法，其中所述固体物质或煤粉已经用亚 临界或超临界的水处理过。8. 根据权利要求1或2的方法，进一步包括c)使步骤b)所述反 应器由超临界状态变为亚临界状态再变为超临界状态。9. 根据权利要求8的方法，其中将...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷俊杰，李金来，甘中学，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]