本發(fā)明涉及煤催化氣化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤催化氣化的催化劑及煤催化氣化方法和裝置。

背景技術(shù)：

在催化氣化工藝中，由于催化劑的加入能夠有效降低反應溫度，提高反應速率，并能夠提高甲烷產(chǎn)率，為了提高催化劑的催化效果，通常將催化劑負載到煤上以提高催化活性，催化劑與煤中礦物質(zhì)結(jié)合會造成部分失活，使得催化劑的負載量較高，同時，由于催化劑的成本較高且煤催化氣化后產(chǎn)生的灰渣中含有催化劑會造成環(huán)境污染，因此，需要對灰渣中的催化劑進行回收，由于催化劑負載在煤中，在回收時較為困難，水耗和能耗較高，影響煤催化氣化整體的經(jīng)濟性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種煤催化氣化的催化劑及煤催化氣化方法和裝置，所述催化劑成本較低，具有釋放氧氣和甲烷化的雙重功效，在催化氣化反應之后分離與回收方便快捷。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實施例提供一種煤催化氣化的催化劑，包括：

甲烷化活性成分和載氧劑；

所述載氧劑包括：載氧化合物和載體；其中，所述載氧化合物選自銅氧化物、鎳氧化物、錳氧化物和鈷氧化物中的一種或者幾種。

優(yōu)選的，所述甲烷化活性成分包括：含有鉀、鈉、鉬、鎳和鈷中任意一種或者幾種元素的化合物。

進一步的，所述載氧劑還包括摻雜在所述載氧化合物中的稀土金屬。

優(yōu)選的，所述載體為尖晶石載體。

另一方面，本發(fā)明實施例供一種催化氣化方法，包括：

使煤和氣化劑在如上所述的催化劑的催化作用下發(fā)生煤催化氣化反應，獲得含有還原態(tài)催化劑的煤催化氣化灰渣。

可選的，所述方法還包括：將所述還原態(tài)催化劑從所述煤催化氣化灰渣中分離，并對分離出來的所述還原態(tài)催化劑進行氧化再生。

優(yōu)選的，所述將所述還原態(tài)催化劑從所述煤催化氣化灰渣中分離，并對所述還原態(tài)的催化劑進行氧化再生具體包括：

通過控制所述催化劑的粒徑大于所述煤的粒徑，通過粒徑不同進行分離；

并使分離出來的所述還原態(tài)催化劑與具有氧化作用的氣體接觸發(fā)生氧化反應進行再生。

進一步的，所述具有氧化作用的氣體選自水蒸汽、二氧化碳和氧氣中的一種或幾種。

可選的，所述煤與所述催化劑的粒徑比為1:5-1:10。

再一方面，本發(fā)明實施例提供一種催化氣化裝置，應用于如上所述的催化氣化方法，包括：

氣化爐，所述氣化爐包括煤進口以及氣化劑進口，所述煤進口用于通入煤，所述氣化劑進口用于通入氣化劑；

所述氣化爐用于使煤和氣化劑在催化劑的存在下發(fā)生煤催化氣化反應，獲得含有還原態(tài)催化劑的煤催化氣化灰渣。

可選的，所述氣化爐還包括產(chǎn)物氣出口；

所述裝置還包括：與所述產(chǎn)物氣出口連通的旋風分離器，以及沿所述氣化爐的軸向穿設(shè)于所述氣化爐內(nèi)部的旋風分離料腿，所述旋風分離料腿的上端與所述產(chǎn)物氣出口連通。

優(yōu)選的，所述旋風分離料腿的下端位于所述氣化爐的密相區(qū)。

可選的，所述旋風分離料腿靠近下端處連通有吹送氣管道，所述吹送氣管道用于向所述旋風分離料腿中斜向下吹送所述具有氧化作用的氣體。

本發(fā)明實施例提供了一種煤催化氣化的催化劑及煤催化氣化方法和裝置，由于所述催化劑包括甲烷化活性成分和載氧劑，因此，所述催化劑具有釋放氧氣和甲烷化的雙重功效，將其與煤進行催化氣化反應之后，所述催化劑被還原為還原態(tài)催化劑，所述還原態(tài)催化劑能夠通過氧化反應進行再生，由于所述催化劑的這一特性，在采用該催化劑對煤進行催化氣化時，可以不進行負載而直接使用，與現(xiàn)有的催化劑負載在煤上相比，在使用完成之后，所述催化劑的分離與回收方便快捷，成本較低?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中催化劑負載在煤中使得催化劑與煤催化氣化反應產(chǎn)生的灰渣分離較為困難，回收時耗水耗能較高，使得經(jīng)濟性差的缺陷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種煤催化氣化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例提供的一種煤催化氣化的催化劑及煤催化氣化方法和裝置進行詳細描述。

一方面，本發(fā)明實施例提供一種煤催化氣化的催化劑，包括：

甲烷化活性成分和載氧劑；

所述載氧劑包括：載氧化合物和載體；其中，所述載氧化合物選自銅氧化物、鎳氧化物、錳氧化物和鈷氧化物中的一種或者幾種。

其中，需要說明的是，當所述載氧化合物為鎳氧化物或/和鈷氧化物時，其本身雖然具有一定的甲烷化活性，但是，其甲烷化活性較低，通過額外添加甲烷化活性成分，能夠形成具有甲烷化活性(主要為甲烷化活性成分起作用)和釋放氧氣(載氧劑起作用)的催化劑。

本發(fā)明實施例提供了一種煤催化氣化的催化劑，由于所述催化劑包括甲烷化活性成分和載氧劑，因此，所述催化劑具有釋放氧氣和甲烷化的雙重功效，成本較低，將其與煤進行催化氣化反應之后，所述催化劑被還原為還原態(tài)催化劑，所述還原態(tài)催化劑能夠通過氧化反應進行再生，由于所述催化劑的這一特性，在采用該催化劑對煤進行催化氣化時，可以不進行負載而直接使用，與現(xiàn)有的催化劑負載在煤上相比，在使用完成之后，所述催化劑的分離與回收方便快捷，能夠進一步降低煤催化氣化成本?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中催化劑負載在煤中使得催化劑與煤催化氣化反應產(chǎn)生的灰渣分離較為困難，回收時耗水耗能較高，使得經(jīng)濟性差的缺陷。

其中，所述甲烷化活性成分可以為含有鎳、鈷元素的化合物，也可以為含有鉀元素的化合物。

優(yōu)選的，所述甲烷化活性成分包括：含有鉀、鈉、鉬、鎳和鈷中任意一種或者幾種元素的化合物。采用含有這些金屬元素的化合物，能夠提高煤的甲烷轉(zhuǎn)化率。

本發(fā)明的一實施例中，所述載氧劑還包括摻雜在所述載氧化合物中的稀土金屬。通過在所述載氧化合物中添加稀土金屬，能夠提高所述載氧劑傳遞氧和釋放氧的能力。

其中，所述稀土金屬優(yōu)選為鈰、鑭等。鈰、鑭具有良好的氧化還原特性，能夠起到很好的傳遞氧的作用，在還原氣氛中供氧，或在氧化氣氛中耗氧。并且，可以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和機械強度。

其中，對所述載體不做限定，只要能夠起到所述載氧化合物的骨架作用即可。

本發(fā)明的又一實施例中，所述載體為尖晶石載體。尖晶石是鎂鋁氧化物組成的礦物，是一類礦物的總稱，因為含有鎂、鐵、鋅、錳等元素，它們可分為很多種，如鋁尖晶石、鐵尖晶石、鋅尖晶石、錳尖晶石、鉻尖晶石等。由于尖晶石堅硬，具有較高的熔點以及良好的耐火度，采用尖晶石作為載氧化合物的載體，能夠提高所述載氧劑的機械性能和壽命。

優(yōu)選的，所述尖晶石載體為含有鋁、硅的復合尖晶石載體。復合尖晶石載體具有較高的晶格破壞溫度，因此耐熱性強，熱穩(wěn)定性高。此外，復合尖晶石具有良好的抗水合能力，機械強度高，不易粉碎。

另一方面，本發(fā)明實施例供一種催化氣化方法，包括：

使煤和氣化劑在如上所述的催化劑的催化作用下發(fā)生煤催化氣化反應，獲得含有還原態(tài)催化劑的煤催化氣化灰渣。

本發(fā)明實施例提供了一種煤催化氣化方法，由于所述催化劑包括甲烷化活性成分和載氧劑，因此，所述催化劑具有釋放氧氣和甲烷化的雙重功效，成本較低，將其與煤進行催化氣化反應之后，所述載氧劑被還原為還原態(tài)催化劑，所述還原態(tài)催化劑能夠通過氧化反應進行再生，由于所述催化劑的這一特性，在采用該催化劑對煤進行催化氣化時，可以不進行負載而直接使用，與現(xiàn)有的催化劑負載在煤上相比，在使用完成之后，所述催化劑的分離與回收方便快捷，能夠進一步降低煤催化氣化成本?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中催化劑負載在煤中使得催化劑與煤催化氣化反應產(chǎn)生的灰渣分離較為困難，回收時耗水耗能較高，使得經(jīng)濟性差的缺陷。

本發(fā)明的一實施例中，所述方法還包括：將所述還原態(tài)催化劑從所述煤催化氣化灰渣中分離，并對分離出來的所述還原態(tài)催化劑進行氧化再生。通過對所述催化劑從所述煤催化氣化灰渣中分離并對其進行氧化再生，能夠?qū)λ龃呋瘎┻M行重復利用，降低煤催化氣化成本。

本發(fā)明的又一實施例中，所述將所述還原態(tài)催化劑從所述煤催化氣化灰渣中分離，并對分離出來的所述還原態(tài)的催化劑進行氧化再生具體包括：

通過控制所述催化劑的粒徑大于所述煤的粒徑，通過粒徑不同進行分離；并使分離出來的所述還原態(tài)催化劑與具有氧化作用的氣體接觸發(fā)生氧化反應進行再生。

在本發(fā)明實施例中，通過在反應過程中通過粒徑不同進行分離，并使所述還原態(tài)催化劑與具有氧化作用的氣體接觸發(fā)生氧化反應進行再生，使得所述催化劑能夠在與煤不斷發(fā)生煤催化氣化反應的同時，實現(xiàn)分離與再生，提高煤催化氣化效率。

其中，對所述具有氧化作用的氣體不做限定，只要能夠為所述載氧劑提供氧即可。

優(yōu)選的，所述具有氧化作用的氣體選自水蒸汽、二氧化碳和氧氣中的一種或幾種。這些具有氧化作用的氣體不引入外來雜質(zhì)，能夠與煤發(fā)生反應生成富含甲烷的產(chǎn)品氣。

本發(fā)明的一實施例中，所述煤與所述催化劑的粒徑比為1:5-1:10。能夠使煤催化氣化灰渣與所述催化劑進行更好地分離。

再一方面，本發(fā)明實施例提供一種催化氣化裝置，應用于如上所述的催化氣化方法，參見圖1，包括：

氣化爐1，所述氣化爐1包括煤進口11以及氣化劑進口12，所述煤進口11用于通入煤，所述氣化劑進口12用于通入氣化劑；

所述氣化爐1用于使煤和氣化劑在催化劑的存在下發(fā)生煤催化氣化反應，獲得含有還原態(tài)催化劑的煤催化氣化灰渣。

本發(fā)明實施例提供了一種煤催化氣化裝置，通過將上述所述的催化劑和煤通入所述氣化爐1中，使得所述煤和所述氣化劑在所述催化劑的存在下發(fā)生煤催化氣化反應，其中所述催化劑包括甲烷化活性成分和載氧劑，因此，所述催化劑具有釋放氧氣和甲烷化的雙重功效，獲得含有還原態(tài)催化劑的煤催化氣化灰渣，所述還原態(tài)催化劑能夠通過氧化反應進行再生，由于所述催化劑的這一特性，在采用該催化劑對煤進行催化氣化時，可以不進行負載而直接使用，與現(xiàn)有的催化劑負載在煤上相比，在使用完成之后，所述催化劑的分離與回收方便快捷，能夠進一步降低煤催化氣化成本?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中催化劑負載在煤中使得催化劑與煤催化氣化反應產(chǎn)生的灰渣分離較為困難，回收時耗水耗能較高，使得經(jīng)濟性差的缺陷。

本發(fā)明的一實施例中，所述氣化爐1還包括產(chǎn)物氣出口13；

所述裝置還包括：與所述產(chǎn)物氣出口13連通的旋風分離器(圖中未示出)，以及沿所述氣化爐1的軸向穿設(shè)于所述氣化爐1內(nèi)部的旋風分離料腿2，所述旋風分離料腿2的上端與所述產(chǎn)物氣出口13連通。

由于所述煤與所述催化劑的粒徑比為1:5-1:10，所述催化劑粒徑較大，在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)節(jié)所述旋風分離器的離心力，能夠?qū)⑺雒捍呋瘹饣以c所述煤催化氣化的產(chǎn)物氣一同帶出所述氣化爐1，所述催化劑在重力作用下沿著所述旋風分離料腿2返回所述氣化爐1中，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所述催化劑和所述煤催化氣化灰渣的分離。

本發(fā)明的又一實施例中，所述旋風分離料腿2的下端位于所述氣化爐1的密相區(qū)。能夠?qū)⑺龃呋瘎┓祷刂撩芟鄥^(qū)，有利于所述催化劑與所述煤的充分接觸。

本發(fā)明的一實施例中，所述旋風分離料腿2靠近下端處連通有吹送氣管道3，所述吹送氣管道3用于向所述旋風分離料腿2中斜向下吹送所述具有氧化作用的氣體。

通過設(shè)置吹送氣管道3，并向所述旋風分離料腿2中斜向下吹送所述具有氧化作用的氣體，還能夠促使所述催化劑返回氣化爐1，并在返回的過程中與所述載氧劑進行短暫接觸，快速反應，實現(xiàn)熱量的快速傳遞，避免局部過熱而出現(xiàn)燒結(jié)和催化劑失活的現(xiàn)象，提高催化氣化效率。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。