CN105126805A - 用于煤热解的催化剂及其应用 - Google Patents

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王建民
赵飞翔
刘涛
陈家全
吴道洪
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Abstract

本发明提供了用于煤热解的催化剂及其应用，所述催化剂包括：膨润土；以及水玻璃。本发明的催化剂不需要浸渍、焙烧等复杂的制备工序，只需将膨润土以及水玻璃进行简单混合即可，且本发明的催化剂对H2、CO、CH4和其他碳氢化合物等富燃气体具有选择性，能够显著提高煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量，显著减少CO2的产生，从而大幅提高了热解气的热值，且该催化剂价格低廉，原料易得。

Description

用于煤热解的催化剂及其应用
技术领域
本发明涉及化工领域，具体的，涉及用于煤热解的催化剂及其应用。
背景技术
我国基础能源格局的特点是“富煤、缺油、少气”，长期以来，煤炭在我国能源结构中一直占有绝对的主导地位。煤热解技术是低阶煤提质制取高附加值产品的重要洁净煤技术，褐煤等高挥发分煤通过热解可以得到丰富的H2、CH4、CO等气体，这些气体是重要的合成气和燃料，在一定程度上可以改善我国“富煤、缺油、少气”的现状。
煤热解催化剂可以降低热解温度，提高热解效率，可以制取高附加值化学品，因此煤的催化热解受到众多研究者的重视。目前常用的煤热解催化剂都是以Al2O3作为载体，通过浸渍、焙烧工序负载金属氧化物来制备，不仅工艺复杂，而且催化剂都是一些重金属的氧化物，成本高，污染严重。
因而，关于用于煤热解的催化剂仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备方法简单、或者对H2、CO、CH4、其他碳氢化合物(其他碳氢化合物是指乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烯、丁烷等烃)等富燃气体具有选择性的用于煤热解的催化剂。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于煤热解的催化剂。根据本发明的实施例，该催化剂包括：膨润土；以及水玻璃。发明人发现，本发明的催化剂不需要浸渍、焙烧等复杂的制备工序，只需将膨润土以及水玻璃与煤进行简单混合即可，且本发明的催化剂对H2、CO、CH4和其他碳氢化合物等富燃气体具有选择性，能够显著提高煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量，从而大幅提高了热解气的热值，且该催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得，同时兼具粘结剂的作用，在粉煤成型过程中无需再添加其他粘结剂，就可使型煤保持较好的冷热强度。
根据本发明实施例的于煤热解的催化剂还可以具有如下附加技术特征：
根据本发明的实施例，所述膨润土和所述水玻璃的质量比为(4-20):(3-16)。
根据本发明的实施例，所述煤为褐煤。
在本发明的另一方面，本发明提供了前面所述的催化剂在煤热解中的用途。发明人发现，以前面所述的催化剂作为煤热解的催化剂，能够有效促进煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行，煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量显著提高，从而大幅提高了热解气的热值，且该催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种煤热解方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)提供原料煤；(2)向所述原料煤中添加前面所述的催化剂；(3)将所述步骤(2)中所得到的混合物进行成型干燥处理；(4)将所述步骤(3)中所得到的混合物进行热解，以便获得富燃气体。发明人发现，利用本发明的煤热解方法，能够显著提高热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，获得的热解气的热值明显提高，且该方法操作简单、方便快捷，易于实现大规模生产。另外，该方法中采用的催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得，生产成本大大降低。
根据本发明的实施例，所述原料煤为褐煤。
根据本发明的实施例，所述原料煤的粒径不大于2mm。
根据本发明的实施例，在所述步骤(2)中，基于所述原料煤的总质量，膨润土的添加量为4wt％-20wt％，水玻璃的添加量为3wt％-16wt％。
根据本发明的实施例，所述步骤(3)进一步包括：(3-1)通过压球机或挤煤机，将所述步骤(2)中得到的混合物挤压成型，以便获得煤球或煤棒；(3-2)将所述煤球或煤棒进行干燥处理。
根据本发明的实施例，所述富燃气体包括：CH4；H2；以及CO。根据本发明的实施例，富燃气体可以进一步含有其他碳氢化合物。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个实施例，煤热解方法的流程示意图；以及
图2显示了根据本发明的另一个实施例，煤热解方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于煤热解的催化剂。根据本发明的实施例，该催化剂包括：膨润土；以及水玻璃。发明人发现，本发明的催化剂不需要浸渍、焙烧等复杂的制备工序，只需将膨润土以及水玻璃与煤进行简单混合即可，且本发明的催化剂对H2、CO、CH4和其他碳氢化合物等富燃气体具有选择性，能够显著提高煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量，从而大幅提高了热解气的热值，且该催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得。
根据本发明的实施例，所述膨润土和所述水玻璃的质量比为(4-20):(3-16)。由此，将该催化剂用于煤热解时，获得的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物等富燃气体的含量明显提高，CO2的产生明显减少。如果该比例过高，成本增加，富燃气体的含量随着该比例进一步的增加提高缓慢，焦油产率降幅明显，如果该比例过低，催化作用不明显。
根据本发明的实施例，所述煤为褐煤。由此，能够有效促进褐煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行，提高热解气的热值的同时，提高褐煤的利用率，减少能源浪费。
在本发明的另一方面，本发明提供了前面所述的催化剂在煤热解中的用途。发明人发现，以前面所述的催化剂作为煤热解的催化剂，能够有效促进煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行，煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量显著提高，从而大幅提高了热解气的热值，且该催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得。
下面参照图1和图2，详细描述本发明的煤热解方法：
在本发明的又一方面，本发明提供了一种煤热解方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括以下步骤：
S100：提供原料煤。
根据本发明的实施例，所述原料煤的种类不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些实施例，所述原料煤为褐煤。由此，前面所述的催化剂能够有效促进原料煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行，煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量显著提高，从而大幅提高了热解气的热值。
根据本发明的实施例，所述原料煤的粒径不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些实施例，所述原料煤的粒径不大于2mm。由此，有利于提高煤热解的效率。
S200：向所述原料煤中添加前面所述的催化剂。
根据本发明的实施例，前面所述的催化剂包括膨润土和水玻璃。根据本发明的实施例，基于所述原料煤的总质量，膨润土的添加量为4wt％-20wt％，水玻璃的添加量为3wt％-16wt％。由此，能够有效促进煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行，煤热解产生的热解气中H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量显著提高，从而大幅提高了热解气的热值。
S300：将所述步骤S200中所得到的混合物进行成型干燥处理。由此，有利于提高煤热解的效率。
根据本发明的实施例，参照图2，所述步骤S300进一步包括：
S301：通过压球机或挤煤机，将所述步骤S200中得到的混合物挤压成型，以便获得煤球或煤棒。由此，有利于进入固定床进行热解，减少煤焦油和煤气中的含尘量，提高产品品质。
S302：将所述煤球或煤棒进行干燥处理。由此，有利于提高煤热解的效率。
根据本发明的实施例，所述干燥处理的条件不受特别限制。根据本发明的一些实施例，将步骤S200中所得到的混合物于80摄氏度下干燥4小时。由此，有利于进一步提高煤热解的效率。
S400：将所述步骤S300中所得到的混合物进行热解，以便获得富燃气体。
根据本发明的实施例，所述富燃气体包括：CH4；H2；以及CO。根据本发明的实施例，所述富燃气体可以进一步包括其他碳氢化合物。
根据本发明的实施例，对混合物进行热解的条件不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些实施例，热解温度可以为650℃，停留时间为2小时。由此，热解效率和富燃气体产率较高。
发明人发现，利用本发明的煤热解方法，能够显著提高热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，获得的热解气的热值明显提高，且该方法操作简单、方便快捷，易于实现大规模生产。另外，该方法中采用的催化剂不含Co、Mo、Ni、Ag、La等金属的氧化物，价格低廉，原料易得，生产成本大大降低。
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
在本实施例中，以膨润土和水玻璃作为催化剂，将褐煤进行热解实验，具体如下：
首先，将块状褐煤破碎至2mm以下，接着，基于原料煤的总质量，加入8wt％的膨润土和6wt％的水玻璃以及16wt％水进行混合，混匀之后通过压球机或挤煤机挤压成型，得到煤球或煤棒，在80摄氏度下干燥4小时，干燥后型煤强度大于300N/个，之后送入热解炉进行热解，热解温度650℃，停留时间2小时。然后，在热解过程中，每隔30分钟进行取气测试，通过气相色谱法方法测定热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，取其平均值，结果见表1。
实施例2
首先，将块状褐煤破碎至2mm以下，接着，基于原料煤的总质量，加入3wt％的膨润土和4wt％的水玻璃以及14wt％水进行混合，混匀之后通过压球机或挤煤机挤压成型，得到煤球或煤棒，在80摄氏度下干燥4小时，干燥后型煤强度大于250N/个，之后送入热解炉进行热解，热解温度650℃，停留时间2小时。然后，在热解过程中，每隔30分钟进行取气测试，通过气相色谱法方法测定热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，取其平均值，结果见表1。
实施例3
首先，将块状褐煤破碎至2mm以下，接着，基于原料煤的总质量，加入20wt％的膨润土和16wt％的水玻璃以及12wt％水进行混合，混匀之后通过压球机或挤煤机挤压成型，得到煤球或煤棒，80摄氏度下干燥4小时，干燥后型煤强度大于400N/个，之后送入热解炉进行热解，热解温度650℃，停留时间2小时。然后，在热解过程中，每隔30分钟进行取气测试，通过气相色谱法方法测定热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，取其平均值，结果见表1。
实施例4
按照与实施例1中相同的方法对褐煤进行热解，区别在于不加膨润土和水玻璃，然后，按照与实施例1中相同的方法测定热解产生的热解气中CH4、H2、CO与其他碳氢化合物的含量，结果见表1。
表1不同实施例型煤的热解气主要成分测试
从表1可以看出，随着催化剂加入量的增加，H2、CO、CH4和其他碳氢化合物的含量均出现上升趋势，表明本发明的催化剂能够促进煤热解向着生成CH4、H2、CO与其他碳氢化合物等富燃气体的方向进行。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于煤热解的催化剂，其特征在于，包括：
膨润土；以及
水玻璃。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述膨润土和所述水玻璃的质量比为(4-20):(3-16)。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述煤为褐煤。
4.权利要求1～3中任一项所述的催化剂在煤热解中的用途。
5.一种煤热解方法，其特征在于，包括：
(1)提供原料煤；
(2)向所述原料煤中添加权利要求1～3中任一项所述的催化剂；
(3)将所述步骤(2)中所得到的混合物进行成型干燥处理；
(4)将所述步骤(3)中所得到的混合物进行热解，以便获得富燃气体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述原料煤为褐煤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述原料煤的粒径不大于2mm。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，基于所述原料煤的总质量，膨润土的添加量为4wt％-20wt％，水玻璃的添加量为3wt％-16wt％。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：
(3-1)通过压球机或挤煤机，将所述步骤(2)中得到的混合物挤压成型，以便获得煤球或煤棒；
(3-2)将所述煤球或煤棒进行干燥处理。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述富燃气体包括：
CH4；
H2；以及
CO。
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