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        煤催化氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望

        2017-10-18 10:47:34趙哲莊成成王海娟
        智富時代 2017年8期
        關(guān)鍵詞:展望

        趙哲+莊成成+王海娟

        【摘 要】煤催化氣化技術(shù)是第三代煤氣化技術(shù),其氣化溫度降低到200至300℃,而且能夠調(diào)節(jié)煤氣化成分,有利于氨、甲烷、甲醇等化工產(chǎn)品的合成。現(xiàn)階段,在煤催化氣化技術(shù)體系中,可使用的催化劑有一元催化劑、復(fù)合催化劑、廉價可棄催化劑等多種,除了催化劑外,煤種、催化劑的負(fù)載過程以及氣化條件都會影響到技術(shù)應(yīng)用效果,要想進(jìn)一步完善其技術(shù)體系,還需要進(jìn)一步研究。在工業(yè)生產(chǎn)中,應(yīng)用了該技術(shù)的工藝有合成天然氣甲烷工藝和催化器制氫工藝,展現(xiàn)出了酶催化氣化技術(shù)的優(yōu)越性。

        【關(guān)鍵詞】煤催化氣化技術(shù);研究現(xiàn)狀;展望

        煤炭是一種固體燃料,作為我國最豐富的不可再生能源,被廣泛應(yīng)用于我國居民的日常生活以及社會工業(yè)的生產(chǎn)制造。由于煤炭中含有大量硫、氮元素,直接燃燒會產(chǎn)生大量的污染性氣體,而且能量轉(zhuǎn)化率較低,利用煤氣化技術(shù),將煤轉(zhuǎn)化為合成氣等氣體燃料,能夠?qū)崿F(xiàn)煤的高效清潔利用,但是由于氣化溫度過高的緣故,該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的可利用性不強(qiáng)。煤催化氣化技術(shù),是第三代煤氣化技術(shù),利用催化劑,能夠降低煤氣化溫度,調(diào)節(jié)煤氣化成分,相比于傳統(tǒng)的煤氣化技術(shù),優(yōu)勢顯著,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[1]。

        一、煤催化氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀

        (一)催化劑

        煤催化氣化技術(shù)的優(yōu)越性,在于催化劑的使用,使得煤氣化的溫度能夠降低,提高煤氣化反應(yīng)速率,因此,現(xiàn)階段,煤催化氣化技術(shù)的主要研究內(nèi)容就是催化劑。目前,該技術(shù)體系中可用的催化劑主要有以下三種:①一元催化劑。比如說K2CO3,該物質(zhì)作為催化劑具有制作成本低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),但是回收利用率低,且在煤氣化過程中易產(chǎn)生KAlSiO4;再比如說FeNO3,常用作于制作Fe基催化劑,對于褐焦煤的氣化率可達(dá)到50%,而且在眾多過渡金屬中,F(xiàn)e是最廉價的,用作催化劑能夠有效降低技術(shù)應(yīng)用成本;②復(fù)合催化劑。與一元催化劑相比,多元催化劑效率更高,因?yàn)槎嘣呋瘎┤埸c(diǎn)更低,在氣化條件下具有較強(qiáng)的流動性和潤濕性,與煤表面接觸棉結(jié)更大,因此催化活性更高。目前,工業(yè)中常用的復(fù)合催化劑有KOH與Ni(OH)2組成的催化劑,以及鐵氧化物、錳氧化物組成的堿土金屬等。復(fù)合催化劑不僅催化活性高,而且可回收并再次利用;③廉價可棄催化劑。在煤催化氣化技術(shù)中,成本、利用率、環(huán)保性能等因素都是衡量催化劑性能的指標(biāo),廉價可棄催化劑一直是研究人員的目標(biāo)。目前有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),石灰石在700℃是對于任意煤種有較強(qiáng)的催化活性,可用于煤催化氣化技術(shù)中,此外,還有學(xué)者發(fā)現(xiàn),紙漿黑液對于無煙煤的氣化反應(yīng)具有較強(qiáng)的催化作用,上述物質(zhì)價格低廉,無需回收利用節(jié)省成本,是催化劑研究開發(fā)的主要方向[2]。

        (二)技術(shù)影響因素

        在煤催化氣化技術(shù)體系中,除了催化劑之外,還有一些會影響到技術(shù)應(yīng)用效果的因素,這些因素也是該技術(shù)研究的主要內(nèi)容。具體來說,煤催化氣化技術(shù)的影響因素有:①催化劑。是該技術(shù)的主要研究內(nèi)容,目前已知可用的催化劑有多種,相關(guān)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)需求合理選擇;②煤種。不同的煤種,有著不同的特點(diǎn),在媒階、煤表面積、礦物質(zhì)種類等因素上都有著一定的區(qū)別,對于催化劑也有著不同的反應(yīng);③催化劑的負(fù)載過程。催化劑負(fù)載會影響到催化劑、氣化劑與煤表面的接觸面積,繼而影響到氣化反應(yīng)路徑及反應(yīng)速率,目前常用的負(fù)載方式有干混法,干磨法、物理浸漬法、離子交換法,可根據(jù)煤種及催化劑種類合理選擇;④氣化條件。溫度是對煤催化氣化影響最大條件因素,溫度升高可使得煤氣化速率提升,但是溫度過高會引發(fā)燒結(jié)現(xiàn)象,反而使得碳轉(zhuǎn)化速率Ian第,因此,需要根據(jù)生產(chǎn)工藝合理管控氣化溫度。

        二、煤催化氣化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

        煤催化氣化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭資源的高效清潔利用,技術(shù)優(yōu)勢顯著,但是由于催化劑成本高且難以回收利用的問題,目前該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用仍處于試驗(yàn)階段。現(xiàn)階段,煤催化氣化技術(shù)的工業(yè)化試驗(yàn)成果有:①合成天然氣甲烷工藝。1979年美國??松窘⒘怂魵獯呋瘹饣迫〖淄榈亩嫜b置,使用了KOH、K2CO3復(fù)合催化劑,但由投資成本過高其工業(yè)化生產(chǎn)計(jì)劃被迫停止。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新奧科技有限公司研發(fā)出了一個催化氣化甲烷合成流化床,采用了多區(qū)耦合氣化的生產(chǎn)工藝,實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)能源的高效利用;②催化氣化制氫工藝。由日本研發(fā),以NaOH、Na2CO3作為催化劑,實(shí)現(xiàn)了褐煤、次煙煤、煙煤的氣化制氫。

        三、結(jié)語

        煤氣化技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用,使得煤炭的利用進(jìn)入了一個新的時代,實(shí)現(xiàn)了煤炭資源的高效利用,同時保證了生產(chǎn)過程的生態(tài)環(huán)保。但是在傳統(tǒng)的煤氣化生產(chǎn)工藝中,氣化溫度需高達(dá)1100至1700℃,維持這一高溫氣化狀態(tài)需要消耗大量的能源,同時還存在粗煤氣凈化困難等問題,技術(shù)應(yīng)用成本較高[3]。煤催化氣化技術(shù)的開發(fā),有效消除了傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)的弊端,實(shí)現(xiàn)了200至300℃的溫和化氣,且氣化反應(yīng)速率顯著降低,而且在氨、甲烷、甲醇等化工產(chǎn)品合成中更為便捷,在提高煤利用率的同時,有效提升了技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)用前景廣闊。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]毛燕東,金亞丹,王會芳,鄭巖,李克忠,畢繼誠,李金來,辛峰.煤催化氣化工藝中堿金屬腐蝕剛玉質(zhì)耐火材料的實(shí)驗(yàn)研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2014,42:1332-1339.

        [2]方夢祥,厲文榜,岑建孟,王勤輝,駱仲泱.煤催化氣化技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].化工進(jìn)展,2015,34:3656-3664.

        [3]李偉偉,李克忠,康守國,祖靜茹,張榮,畢繼誠.加壓射流流化床煤催化氣化制天然氣的模擬研究[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2014,30:79-90.

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