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煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨煤制天然气是一种先将煤转化为合成气，再通过一系列化学反应制得天然气的技术。
它是一项旨在开发煤炭资源、替代天然气的重要技术。
煤制天然气生产是一种高温、高压反应，需要一个优化的催化剂系统。
本文将从煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素两个方面介绍和探讨这一技术。
1. 煤制天然气工艺技术煤制天然气工艺技术中最关键的部分是煤气化反应，即将固体煤炭转化为一种混合气体，其中含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气等气体。
煤气化反应可以通过煤直接氧化、热解或者在氧化剂存在下进行。
目前，最为成熟的煤气化技术是煤-水煤浆气化技术和干熄氧气气化技术。
煤-水煤浆气化是将煤粉末和水混合为一种煤浆，然后加入一定的氧化剂，通过高温和高压反应生成合成气。
这种方法需要大量的水和氧化剂，并且存在产生废水、二氧化碳和其他副产物的问题。
而干熄氧气气化则是将干燥的煤炭通过高压和高温进行氧化反应，可以减少废水和废气的产生，但是高压条件需要消耗大量能源。
2. 催化剂影响因素在煤制天然气工艺中，催化剂是至关重要的因素之一。
在煤气化反应中，催化剂可以提高反应速率、提高合成气的纯度和降低反应温度等。
目前煤制天然气领域主要采用了铁基催化剂、镍基催化剂和钴基催化剂。
铁基催化剂相对便宜，但是在反应温度高的情况下会失去催化活性，因此不适用于高温煤气化反应。
镍基催化剂具有良好的催化活性和稳定性，但是容易受到硫化氢等气体的污染，降低其效率。
钴基催化剂则能够在高温反应条件下保持高效催化活性，但是价格昂贵，用量大大增加。
除了催化剂选择之外，其他因素如反应压力、反应温度、气体比例等也会影响催化剂的性能。
提高反应温度可以提高反应速率，但是也会降低催化剂的寿命；提高压力可以提高产率，但同时也会加速催化剂寿命的降低。
气体比例中氢气的含量越高，催化剂的寿命越长。
综上所述，煤制天然气是一项具有重要意义的技术，需要设计优化的煤气化反应工艺和有效的催化剂选择。
气化反应有较高的催化活性。
朱廷钰用氧化铁作催化剂，也取得了很好的实验效果。
Ｙｅｂｏａｈ等对熔融盐催化剂进行了大量研究。
研究结果显示，熔融盐催化剂的催化活性明显高于单组分催化剂，具体为：三元熔融盐催化剂的催化活性高于二元催化剂的催化活性，二元的催化活性高于单组分的催化活性。
笔者认为其原因是三元熔融盐催化剂熔点低，在汽化温度下为液状，而二元混合物催化剂为固态，三元催化剂更容易扩散于反应体系，且活性点更多，因此，其催化活性更好。
上述催化剂虽然表现出很好的催化活性，但都比较昂贵，且其回收和再利用比较麻烦。
近来不少学者积极进行更廉价，甚至可弃催化剂的研究。
福州大学的洪诗捷等用工业废液碱进行福建无烟煤水蒸气催化气化，研究结果显示，废液碱具有很强的催化活性。
谢克昌和Ｏｈｔｓｕｋａ等均报道了用石灰石进行煤水蒸气气化的研究结果。
此外，Ｂｒｏｗｎ等尝试使用快速裂解柳枝稷所得的生物灰（主要含钾盐）作催化剂，也取得了很好的效果。
Ｚｈｕ等将煤和麦秆通过高温热解制的煤焦进行研究，发现在７５０℃时制的煤焦有更好的反应活性。
生物质作为未来廉价煤气化催化剂的来源，具有良好的应用前景。
凌开成等研究了高灰煤在ＣＯ２中的催化气化，认为高灰煤中所含的灰分对煤的气化反应具有一定的自催化作用，故高灰煤适合于用作气化用煤，而且高灰煤中添加适当的催化剂后，其气化活性可以得到进一步的提高。
他们将化肥厂炉渣用于平朔气煤，发现其具有与Ｎａ２ＣＯ３相似的催化活性，还将硫铁矿用于西曲焦煤中，发现其具有比Ｋ２ＣＯ３还要显著的催化活性，因此，凌开成等人认为它们在一定范围内是一种比较好的可弃型高灰煤气化催化剂。
２ 催化机理的研究作为一种降低汽化温度，提高气化速率，控制煤气成分的有效气化方式——煤炭催化气化，从１８６７年英国专利首次提出至今，国内曾就不同优质煤种的催化气化进行了广泛的研究，其中对催化气化机理的研究取得了许多重要结果和进展。
赵新煤的催化气化技术研究进展马涛 吕彦力 周丹 郑州轻工业学院机电工程学院 ４５０００２１ 催化剂的研究煤气化反应的基本原理表明，煤催化气化的目的在于提高Ｃ－Ｈ２Ｏ、Ｃ－ＣＯ２、Ｃ－Ｏ２和Ｃ－Ｈ２等体系的反应速率。
煤气化制氢中的压力和催化剂对反应效果的影响煤气化制氢是一种可行的能源转化技术，通过将煤炭等碳氢化合物与气体反应，产生可再生能源氢气。
在该过程中，压力和催化剂起着重要的作用，对反应效果有直接影响。
本文将探讨煤气化制氢中压力和催化剂的影响，并分析其在提高反应效率和产氢率方面的重要性。
一、压力对反应效果的影响1. 压力对反应速率的影响煤气化制氢反应是一个热力学驱动的过程，反应速率与压力密切相关。
高压下，反应速率明显增加，原料气体与催化剂的接触相对充分，反应活性中心增多，从而加速氢气的生成。
因此，适当提高压力可以提高反应速率，缩短反应时间。
2. 压力对平衡转化率的影响在煤气化制氢过程中，平衡转化率是衡量反应效果的重要指标。
压力的升高可以推动平衡转化率向产氢方向偏移, 有效提高氢气的产率。
然而，压力的增加同时也会增加泄漏和系统损耗的风险，因此需要在经济成本和反应效果之间做出权衡。
二、催化剂对反应效果的影响1. 催化剂的选择在煤气化制氢过程中，选择合适的催化剂是关键。
常用的催化剂有镍、铁、钴等金属催化剂，它们通常以载体的形式存在，比如活性炭、氧化铝等。
催化剂的选择要考虑反应的温度、压力和气体成分等因素，以提高反应效率和选择性。
2. 催化剂的活性和稳定性催化剂的活性和稳定性对反应效果至关重要。
活性指催化剂对反应物质的吸附和解离能力，而稳定性指催化剂在长时间使用中的持久性能。
较好的催化剂应具备高的活性和稳定性，以保证反应的高效率和长期稳定运行。
三、压力和催化剂的相互作用在煤气化制氢过程中，压力和催化剂之间存在相互作用。
较高的压力可以提供更大的分子碰撞机会，而适当的催化剂则能提供更多的活性位点。
二者的相互作用将进一步加速氢气的生成速率。
因此，在煤气化制氢中，控制好压力和催化剂的相互作用是实现高效产氢的关键。
综上所述，在煤气化制氢过程中，压力和催化剂的选择及其相互作用对反应效果有重要影响。
适当提高压力可以加快反应速率，提高产氢效率，但需要在成本和风险之间做出权衡。
煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨煤制天然气是一种将煤炭转化为天然气的过程，它可以通过煤的热解、气化和加氢等步骤来实现。
在这个过程中，催化剂起到了至关重要的作用，能够显著提高煤气化的效率和产品质量。
煤制天然气的工艺技术对整个过程有着重要的影响。
工艺流程的合理设计可以使得煤制天然气的生产更加高效和稳定。
采用先热解后气化的流程可以将煤炭转化为较高质量的可气化物，并减少焦炭的积聚；在气化过程中，采用适当的温度、压力和速度等参数可以有效控制反应的进行和产物的组成。
催化剂的选择和性能对煤制天然气工艺的影响也是不可忽视的。
不同类型的催化剂在反应过程中会有不同的活性和选择性。
一般来说，成果型催化剂能够促进煤的转化反应，提高气化速率；而选择性催化剂则能够使反应产物中不希望的组分减少或消除。
催化剂的载体和结构也会对反应的进行产生影响。
使用活性高的负载催化剂可以提高反应过程中的稳定性和反应速率。
反应条件也是影响煤制天然气工艺技术和催化剂的因素之一。
反应温度、压力、反应物浓度等条件的不同都会对反应的进行产生影响。
在高温条件下，煤的热解速度会增加，但同时也容易导致产物的积聚和热能损失。
反应压力的增加可以促进气化反应的进行，但过高的压力又会增加生产成本。
根据具体情况，通过对反应条件进行优化可以实现较好的效果。
还有其它因素对煤制天然气工艺技术和催化剂的影响也是值得研究的。
原料煤的性质和含量、催化剂的用量和形态、反应装置的设计等，都会对整个煤制天然气过程产生影响。
在进行煤制天然气工艺技术和催化剂的优化和研究时，必须综合考虑以上多方面的因素，以实现最佳的效果。
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展1. 引言1.1 煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展概述煤制天然气甲烷化是一种重要的合成气体转化技术，通过将煤制成合成气，再将合成气进行催化转化制备甲烷这一系列反应，可以实现煤资源的高效利用和清洁能源的获取。
在煤制天然气甲烷化的过程中，催化剂起着至关重要的作用。
煤制天然气甲烷化催化剂的性能直接影响到反应的效率和产物选择性，因此对该催化剂及其机理的深入研究具有重要意义。
近年来，研究人员对煤制天然气甲烷化催化剂及机理进行了广泛而深入的探讨，取得了许多重要进展。
通过对反应条件的研究，优化了反应过程中的温度、压力、气体比例等参数，提高了甲烷的产率和选择性。
研究人员还对不同类型的催化剂进行了实验和比较，找到了更高效的催化剂。
对煤制天然气甲烷化的反应机理进行了深入探讨，揭示了反应过程中各种中间体和过渡态的形成及转化规律。
催化剂的表面改性以及再生和稳定性的研究也取得了一定的突破，为进一步提高催化剂的性能和稳定性奠定了基础。
展望未来，随着研究的不断深入，相信煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究将取得更大的突破和发展。
2. 正文2.1 煤制天然气甲烷化反应条件研究煤制天然气甲烷化反应条件研究主要包括反应温度、压力、空速等几个方面。
反应温度是影响煤制天然气甲烷化反应的一个关键因素。
研究表明，适当的反应温度可以提高反应速率和选择性，但过高的反应温度会导致催化剂的失活和产物分解。
反应压力也是影响反应效果的重要因素。
压力的增加可以促进反应的进行，提高产物的收率和选择性，但同时也会增加设备的运行成本。
空速则是影响反应效果的另一个关键参数。
适当的空速可以保证反应物质充分接触，提高反应效率。
在煤制天然气甲烷化反应条件的研究中，需要综合考虑这几个因素，以找到最佳的反应条件，实现高效的生产目的。
2.2 煤制天然气甲烷化催化剂的类型和性能煤制天然气甲烷化催化剂的类型和性能一直是研究的重点之一。
催化气化中煤与催化剂的相互作用催化气化中煤是燃料科学与锅炉技术领域的一个重要问题。
煤气化过程的本质是煤的催化气化反应，这是一个复杂的过程，在这个过程中，煤与催化剂之间的相互作用起着至关重要的作用。
因此，研究煤与催化剂之间的相互作用对于更好地控制催化气化过程有着重要的意义。
具体而言，催化气化中的煤碳氧键的分解是一个重要的过程，而催化剂分子的表面奥氏体结构有利于催化气化中煤碳氧键的分解，因此，催化剂分子表面的特征对催化气化中煤碳氧键的分解有着重要影响。
催化剂表面的可活化和可缩合特征可以促进催化气化中煤碳氧键的分解，同时也可以促进催化气化过程中煤分子与催化剂分子之间的结合，从而提高反应速率并缩短反应时间。
此外，催化剂的结构特征也会影响催化气化中的煤的活化、分子的结构变化和结合性能。
研究发现，催化剂的结构特征会影响其催化气化中煤的活化能力。
催化剂的表面结构密度较低，催化气化中煤发生活化反应的可能性就越大。
此外，催化剂的结构特征还会影响分子结构的变化。
当催化剂的结构特征允许煤分子与催化剂的分子结构相适应时，更容易发生反应，从而提高反应的结合能力。
催化气化过程中，煤与催化剂之间的相互作用是一个复杂的过程，包括碳氧键的分解、活化和结合等过程。
研究表明，催化剂的特征会影响这些过程。
催化剂的表面奥氏体结构及其结构特征对煤分子的活化和分子结构变化以及煤与催化剂之间的结合有着重要影响。
因此，研究催化气化中煤与催化剂之间的相互作用对于更好地控制催化气化过程有着重要意义。
为了更好地理解催化气化中煤与催化剂之间的相互作用，将该过程抽象为一个动力学模型是有必要的。
这样，就可以从数学的角度更好地研究催化剂的动力学行为，从而更好地控制催化气化过程。
此外，研究尚未发现的新型催化剂对于改善催化气化过程也有重要的意义。
同时，研究催化剂的制备工艺，改善催化剂的性能也是值得深入研究的研究方向之一。
综上所述，研究催化气化中煤与催化剂之间的相互作用有着重要的意义，是当前需要解决的热点问题。
煤制天然气工艺技术和催化剂影响因素的分析探讨煤制天然气是一种通过将煤转化为可用于能源供应的天然气的工艺。
它被广泛应用于中国等煤矿资源丰富的国家，以弥补天然气短缺的问题。
煤制天然气的工艺技术和催化剂是影响工艺效果和产品质量的重要因素。
在本文中，我们将对煤制天然气工艺技术和催化剂的影响因素进行分析探讨。
煤制天然气的工艺技术对产品质量和产量有着重要影响。
工艺技术包括煤气化技术、转化技术、脱硫技术等。
煤气化技术是将煤转化为合成气的关键步骤，其影响着整个工艺的效果。
不同的煤气化技术有着不同的适用范围和特点，如固定床煤气化、流化床煤气化等。
在选择合适的煤气化技术时，需要考虑煤种、煤质、工艺区域的气候条件等因素。
转化技术是将合成气转化为天然气的关键步骤，其目的是提高合成气中甲烷的含量。
转化技术通常使用催化剂来促进反应过程，并提高产物的选择性。
常见的转化技术包括低温转化、中温转化等。
这些技术中，温度、压力、催化剂种类和用量等因素都会对转化效果产生影响。
较低的温度和较高的压力可以提高转化效率，但也会增加能源消耗。
催化剂的选择是关键，应根据合成气的成分和要求，选择适合的催化剂种类和用量。
同样重要的是脱硫技术，因为合成气中通常含有硫化物等有害物质。
脱硫技术可以通过催化剂来实现，其选择也是影响脱硫效果的关键因素之一。
催化剂的性能和活性对煤制天然气工艺的影响也是不可忽视的。
催化剂是加速反应速率和提高反应选择性的重要因素。
常用的催化剂有镍基催化剂、铁基催化剂等。
催化剂的性能和活性可以通过调整其物理性质和化学性质来实现。
改变催化剂的比表面积和孔径分布可以增加其活性。
催化剂的稳定性也是需要考虑的因素之一。
催化剂在高温和高压等条件下容易发生变质，因此需要选择具有较高稳定性的催化剂。
煤质对煤制天然气工艺和催化剂的影响也是重要的因素之一。
煤质的不同会导致气化反应速率、转化效率等参数的变化，从而影响工艺的效果。
高灰分煤对催化剂稳定性的影响较大，可能导致催化剂的失活。
煤气化制氢催化剂反应机理与性能提升随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，清洁能源的开发和利用成为当今社会的重要任务之一。
氢能作为一种绿色、高效的清洁能源，被广泛关注和应用。
而煤气化法是一种常用的制氢方法，其通过煤（或其他碳质材料）气化产生的合成气，再经过反应转化为氢气。
在实际应用过程中，催化剂起着至关重要的作用。
本文将探讨煤气化制氢催化剂的反应机理与性能提升。
煤气化制氢反应的机理主要包含以下几个步骤：煤的气化、气相反应、催化过程等。
其中，催化剂对于催化过程起着决定性作用。
催化剂的选择与设计对反应速率、氢气产率和催化剂寿命等方面均有影响。
因此，提高催化剂的活性和选择性是提升煤气化制氢效率和降低成本的重要途径。
为了提升煤气化制氢催化剂的反应性能，研究人员通过多种途径进行探索和改进。
首先，催化剂的活性金属或金属氧化物组成是影响催化剂活性的关键因素。
常见的催化剂中常使用的金属包括铁、镍、钴等。
其中，镍催化剂具有制氢活性高、成本低的特点，被广泛应用于煤气化制氢反应中。
此外，催化剂的载体材料也对反应性能有重要影响。
常见的载体材料有氧化铝、硅胶、碳等。
通过调控载体材料的性质或结构，可以提高催化剂的分散性和稳定性。
其次，调控催化剂的物理结构也是提升反应性能的重要途径。
催化剂的粒径和形貌对催化性能具有显著影响。
一般来说，较小的催化剂粒径有较高的活性和表面积，有利于反应物质的吸附和反应过程的进行。
同时，合适的催化剂形貌也能够提高催化剂的稳定性和反应选择性。
例如，一些研究表明，通过合成纳米颗粒或形成有序结构的催化剂可以显著提高制氢反应的效率。
此外，改进催化剂的活化方法也是提升反应性能的关键。
传统的活化方法包括还原、氧化、硫化等。
近年来，一些新颖的活化方法，如等离子体活化、电化学活化等也被尝试。
这些新方法能够有效地改变催化剂的表面性质和氧化态，提高其活性和选择性。
综上所述，煤气化制氢催化剂的反应机理与性能提升涉及多个方面的因素。
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展煤制天然气是一种新型的清洁能源，具有资源丰富、技术成熟、排放少的优势，被广泛应用于供热、发电、工业燃料和民用燃气等领域。
其中，煤气化后的合成气经过甲烷化反应后，可获取高品质的煤制天然气。
煤制天然气的甲烷化反应是一个催化过程，通常采用金属氧化物催化剂进行。
在过去的几十年间，煤制天然气催化剂的研究历经多次变革，时至今日，已逐渐从传统的铜系、镍系催化剂向更为高效、环保的钴系催化剂发展。
目前，国内外学者们对煤制天然气甲烷化催化剂及机理进行了大量研究，主要包括以下几个方面：1. 催化剂的表面性质催化剂的表面性质是影响其催化活性的重要因素之一，包括表面含氧量和表面活性位等。
研究表明，表面氧化物能够有效地提高催化活性，特别是那些能够与反应中间体发生氢键相互作用的氧化物，如CeO2和La2O3等。
此外，一些离子掺杂的氧化物，如Al2O3、TiO2等也具有较好的催化效果。
2. 反应机理煤制天然气甲烷化反应的机理经历了数次不同的解释。
传统的机理认为，CO和H2在催化剂表面形成吸附态，并发生水合反应生成羰基和羟基，然后在表面上相互结合经过多步反应生成CH4、CO2和H2O。
而最新的机理研究则认为，反应的关键在于CO和H2的异构化，即CO + H2 → CH3 + O，然后由CH3经过难解离的氢化反应生成CH43. 催化剂设计与改性煤制天然气甲烷化反应中，催化剂的设计与改性是提高其催化活性和稳定性的有效手段。
通常采用催化剂复合改性或载体改性的方式，如复合改性Ag-Co/Al2O3、Ni-Co/CeO2-ZrO2等都取得了良好的催化效果。
此外，纳米技术、离子掺杂和活性位控制等方法也在研究中得到了广泛应用。
总之，煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究是一个复杂而重要的研究领域，对其发展的推动有助于提高煤制气的质量和效率，促进清洁能源的应用，为实现可持续发展作出积极贡献。
多功能煤催化气化催化剂的研究作者：刘成年来源：《科技创新与应用》2014年第08期摘要：本文根据气化反应的条件和催化剂本身性质，研究一种催化剂，在反应上不仅起到催化作用，而且参与反应，在反应物上提高碳转化率，其本身还能在反应中起到助熔作用。
关键词：气化反应；催化剂；转化率1 煤气化的影响因素根据以往对于煤的气化研究，煤气化反应的影响因素有：①煤化程度，煤气化反应性随原煤煤化程度的升高而降低；②煤的孔系结构，煤的孔越丰富，内表面积越大，其反应活性也就越高；③比表面积，煤或煤焦的孔越丰富，内表面积越大，其反应性也越高；④内在矿物质，煤中存在的矿物质或灰分中含有的碱金属、碱土金属和过渡金属等均具有催化作用；⑤制焦的工艺过程，煤的气化温度、制焦温度、升温速率、停留时间以及反应器等不同，对煤气化反应影响也很大；⑥预处理条件，对煤进行低温热解和预氧化处理有利于煤焦反应性的提高。
2 目前研究的催化剂主要存在的缺点（1）单体催化剂的研究实用性较差，在工业应用中，其经济性难以保证，且受添加方式影响。
由于煤气化反应反应温度高，单体催化剂在进行催化气化时易在高温下蒸发而流失；（2）工业废弃物中含有重金属等，将引起副反应和气化炉腐蚀等问题，且会带来环境污染；（3）煤中含有的有效催化元素含量低，在添加量多的情况下，直接影响煤的灰熔点，从而影响整个煤气化过程。
3 对比各种煤气化催化剂的作用众所周知，煤催化气化催化剂的研究是由单组分碱金属开始，1921年，Taylor发现碳酸钠和碳酸钾具有促进煤气化反应作用。
20世纪80～90年代，众多研究人员对煤气化催化剂进行了大量研究。
Wang等研究发现，在煤焦进行水蒸气气化制氢过程中，在700～750℃反应温度条件下，碳酸钾在煤焦中质量分数达到10.0%～17.5%时，催化剂碳酸钾（K2CO3）的催化效果显著，添加催化剂比没有添加催化剂的煤焦水蒸气气化对H2有较好的选择性。
有些工业废料也是很好的煤气化催化剂，在对平朔气煤、晋城无烟煤和西曲焦煤洗中煤进行催化气化研究中发现，硫铁矿渣等在二氧化碳气氛下，对西曲焦煤洗中煤具有比K2CO3更好的催化活性。
第29卷 第1期2006年1月煤炭转化COA L CON V ERSIO NV ol.29 N o.1Ja n.2006 *国家重大基础研究发展规划项目(2003CB214500).1)硕士生;2)副教授,西安交通大学化工系,710049 西安收稿日期:2005-09-09;修回日期:2005-11-07煤气化复合催化剂研究及机理探讨*孙雪莲1) 王 黎2) 张占涛1) 摘 要 催化气化是煤炭资源高效利用的重要形式,高性能催化剂的开发是降低其气化条件的重要途径.利用综合热分析仪进行了Ni-K 复合催化剂对神府煤的催化气化实验研究,结果发现,复合催化剂有较高的催化活性,在最佳配比时较目前公认催化活性最好的单组分催化剂K 2CO 3要高,并得出复合催化剂的催化作用机理为:当温度达到反应温度时,液态金属熔融盐增大了离子间的接触,使协同作用成为可能,从而提高了催化剂的催化活性.关键词 煤催化气化,复合催化剂,熔融盐,催化机理中图分类号 TQ 529,T Q 4260 引 言我国是富煤贫油的国家,随着石油和天然气资源的日益减少,发展洁净高效的煤炭转化技术具有长远意义.煤气化技术是煤洁净高效利用的重要方式,但传统的煤气化过程反应温度高,生成气净化困难,能耗大,对设备要求高[1,2],因而许多学者都着手研究煤的催化气化.[3,4]催化气化有很多优越性,可显著提高煤的反应活性,如CaCO 3在700℃可使低等级煤的反应活性提高40倍～60倍[5];可降低气化温度(<1000℃),如10%的Li 2CO 3可使原煤CO 2气化的反应活化能从30.60kJ/mo l 降低到16.88kJ/mo l [6];可进行一些合成过程,在催化剂及一定工艺条件下,在气化炉中合成CH 4,NH 3及CH 3OH 等;可扩大用煤范围,因催化剂可降低煤的黏结性.因此,进行煤催化气化的研究具有十分重要的意义.然而,单组分化合物对煤的催化气化影响有限,要寻找性能更佳的催化剂,复合物的研究具有重要价值和意义.本文选用陕西神府煤为实验煤样对其进行了理论分析和单组分化合物催化气化实验,并进一步进行了复合催化剂的研究,最终发现镍与钾形成的化合物有着较高的催化活性,其最佳配比于800℃下催化效果大约是非催化气化的6倍,是目前公认较好的单组分催化剂K 2CO 3的1.2倍,这表明,通过复合寻找新的催化剂对煤的催化气化具有重要的现实意义.1 非催化和单组分催化剂催化实验1.1 实验方法本文所选用神府煤的煤样性质见表1,煤用量约为9mg ～10mg ,实验使用Al 2O 3坩埚,对煤进行了非催化和K 2CO 3,NiCl 2催化实验.煤和催化剂机械混合,催化剂按总量的5%加入,实验装置采用德国NET ZSCH 公司STA 409C 综合热分析仪,升温速率40K /min ,载气为99.99%N 2(流量60mL /m in),至反应温度后通入CO 240min(流量120mL/m in),考察其反应行为.表1 神府煤的工业分析和元素分析(%*,ad )T able 1 Pr ox imat e and ultimate analysisof Shenfu coal(%*,ad)Proxim ate analysis M AVFCUltimate analysis CHONS 7.294.2726.4260.8781.75 4.7911.95 1.100.38 *Percent of w eig ht. 实验前,用光电天平称量样品.先通0.5h 纯N 2,将加热炉内的空气进行置换,并等待仪器稳定后,在高氮气气氛下,将加热炉升温至设定的终温后切换至反应气氛进行反应,期间的TG 数据与DSC 数据计算机自动采集.反应完毕后,关闭所有的电器和气阀.1.2 实验结果与分析800℃煤气化的实验结果见第16页表2.由表2可以看出,在没有催化剂的情况下,气化反应是很微弱的.而碱金属K2CO3是目前公认比较好的单组分催化剂,甚至已经在工业中实验应用.美国Exx on公司以K2CO3作为催化剂,在3MPa,700℃条件下用水蒸气为气化剂开发了以生产代用天然气为目的的煤加压流化床催化气化工艺.由表2可知,加入K2CO3催化剂后,在相同反应时间内,转化率大大提高,反应速率也提高了大约4倍.但过渡金属NiCl2催化剂对煤的催化气化并没有表现出良好的催化效果,反应速率仅提高了近0.5倍,没有达到期望.因此,单组分的化合物对煤催化气化,也许只能停留在此.要寻找性能更佳的催化剂,复合是必然的选择.表2 非催化和K2CO3及NiCl2催化实验结果T able2 Exper iment r esult of no ne cataly st andK2CO3,N iCl2cataly stCoal None catalyst K2C O3NiC l2x0.360.890.60d x/d t/(%・min-1)0.98 4.96 1.612 N i-K复合催化剂的催化实验2.1 理论分析一些单金属化合物已经体现了较好的催化活性,然而这些目前仍不能满足需要,更高活性的催化剂的开发是非常有必要的.由于碱金属是目前公认最好的单组分催化剂,因此,在复合过程中选择K 盐作为复合组分之一是必然选择.对于另一组分,考虑到作为目前大多数工业催化剂的来源,过渡金属在各方面都有着很多优势,其独特的电子层结构使得其在和其他原子的结合上有着十分突出的优点,这一点在煤的催化应用中也十分明显,例如在以CO2作为气化剂进行催化气化时,气化过程中必然存在活性氧原子的传递和催化剂表面M CO键的形成,而反应最后也必然存在CO从催化剂表面的脱附,因此,这个性质决定了M CO键不应过强,否则CO不易脱附,将会影响反应的进行.根据已有的研究知道,CO在过渡金属表面吸附中,与镍形成的键相对较弱,而实际上CO也确实可以和Ni 的一些化合物在常温下形成稳定的络合物,在高温下即会分解,Ni与CO的这个结合与分解过程在煤催化气化过程中将可能显示出一定的效果.因此,选择了镍盐作为复合催化剂的另一组分.2.2 复合催化剂的制备按一定的摩尔比例用电光天平称取适量的两种金属盐化合物,用去离子水使之溶解,然后用超声波震动使其均匀混合,之后缓慢加热蒸去水分,并不断搅拌,待完全干燥后,加热至500℃～600℃,促使其熔融,然后冷却得块状固体,研磨成细粉后,成为复合催化剂待加入煤样进行反应.气化实验方法如第1.1节实验方法所述.2.3 实验结果与分析800℃不同催化剂对神府煤的催化气化实验结果见图1.由图1曲线可以看出,添加Ni-K复合催图1 不同催化剂的催化效果F ig.1 Cataly tic effect using differ ent catalyst■——None;●——Ni;▲——K;"——NiK化剂后,煤的气化速率显著加快,反应转化率也有了明显增强,使煤炭接近完全气化.可见复合催化剂的催化效果远远高于单组分催化剂,比公认较好的K2CO3催化剂还有所提高.所以,复合催化剂对煤的催化气化研究是一项很有前途的方法.2.4 Ni-K组成关系对反应的影响如第2.2节所述,配制了不同比例的K-Ni复合催化剂并用其对神府煤进行了催化气化实验,在相同反应时间内煤气化的反应速率和最大转化率见图2.图2 不同比例的N i-K复合催化剂的催化效果Fig.2 Catalytic effect of N i-K com po und withdiffer ent composit ion■——Ni0.05K;●——Ni0.10K;▲——Ni0.20K;"——Ni0.15K16 煤 炭 转 化 2006年由图2可以看出,Ni 的含量不同催化效果也不尽相同,从小到大的顺序为K -Ni 5,K -Ni 10,K -Ni 20和K-Ni15.800℃时不同镍含量对催化效果的影响见图3.由图3可以看出,催化效果在K ∶Ni=6∶1左右达到最大.在最佳配比时,其催化效果是非催化气化的大约6倍,是目前公认较好的单组分催化剂K 2CO 3的1.2倍.图3 镍含量对催化剂催化效果的影响Fig.3 A ffect of co ntent of N i o nthe catalytic effect3 复合催化剂催化气化机理3.1 实验现象在制备催化剂的过程中发现,在温度达600℃左右时,催化剂已经变为液态,于是可以认为,Ni -K 复合催化剂在达到反应温度及以上高温时,是以熔融态化合物方式起催化作用.因此推断,复合催化剂在达反应温度时成为金属熔融盐,并因而具有了一些金属熔融盐的特性,从而对催化气化产生了特殊效果.3.2 金属熔融盐的特性1)固态金属盐变为金属熔融盐[7]使得该混合物中的离子得到了较金属固态盐为大的自由移动度.2)在金属熔融盐中,不同部分金属阳离子可以互相接触,不同阴离子也可以互相接触,并有可能实现离子交换,协同作用成为可能.3)金属熔融盐内都存在着特殊结构,由于离子移动的结果产生的空位、空穴、位错和缺陷等等,是催化剂活性中心的来源,也是催化剂效果提高的原因.3.3 复合催化剂对煤催化气化机理以CO 2为气化剂,复合金属盐为催化剂,随着气化过程温度的不断升高,原本为固态的化合物逐渐转为熔融态,固态金属盐逐渐向金属熔融盐过渡,离子活动开始加强,阳离子和阴离子开始各自聚集到一起并包围异电性离子,即阳离子聚集态为阴离子包围,阴离子聚集态为阳离子包围,在这当中,有些阳离子集团仍然可以保持纯态,但另外一些阳离子集团却可以同时含有两种阳离子;对于阴离子集团也一样,存在纯态的单阴离子集团,也存在两种阴离子相结合的集团,这样,各种离子相互交叉接触,成为协同作用的基础.以上可表达为以下化学方程式:离子未交换时: M 1A +M 2B M 1A ・M 2B 离子交换反应: M 1A +M 2B M 1AB +M 2A M 1A +M 2BM 1AB+M 2B M 1A +M 2B (M 1M 2)(AB) M 1A +M 2B M 1M 2A +M 1M 2B这样,在催化剂自身内部,各种离子首先已开始相互作用,而在有了反应物煤炭存在的情况下,则有反应如下,为了简化反应过程起见,抓住一个主要事实,即反应是在双组分协同作用下进行的,这样得到的反应过程方程式如下.还原反应: M 1A +M 2B +C +CO 2M 2A + M 1B +CO M 1B+CO 2M 1O+CO+B M 2A +CO 2M 2O+CO+A这样,经过上述反应,又新生了M 2A ,M 1B ,M 1O,M 2O,A 和B 这几种新生的活性物种,而且随着气化反应的不断进行,新生的共熔体在种类与数量上都不断扩大,从而提高了催化剂的活性.4 结 论1)单组分催化剂NiCl 2对神府煤的催化效果不太明显,但K 2CO 3有较好的催化活性,使煤气化反应速率提高了大约4倍,转化率也明显提高.2)催化剂的不同配比对煤气化具有不同的催化活性,当K 和Ni 的比例为6∶1时,催化效果达到最佳,使煤的反应速率达到非催化气化的6倍左右,是目前公认较好的单组分催化剂K 2CO 3的1.2倍.3)复合催化剂的高活性被认为是:反应温度达到800℃及以上高温时,固态金属盐已经变成金属熔融盐,增大了离子间的接触,使协同作用成为可能.17第1期 孙雪莲等 煤气化复合催化剂研究及机理探讨 18 煤 炭 转 化 2006年参 考 文 献[1] Zh u T ingyu,Zhang S houyu,Huang J iejie et al.Effect of Calcium Oxide on Pyrolys is of Coal in a Flu idized Bed[J].Fuel,2000,64:271-284.[2] Li X,Gr ace J R,Lim C J e t al.Equilibrium M odeling of Gasification:a Free Energy M inimiz ation Approach and itsApplication to a C irculating Fluidiz ed Bed Coal Gasifier[J].Fuel,2001,80:195-207.[3] 张济宇,林 驹,黄文沂等.低活性劣质无烟煤的催化气化[J].煤炭转化,2001,24(4):32-40.[4] 廖洪强,邓德敏,李保庆等.煤催化气化研究进展与煤-纸浆黑液共气化[J].煤炭转化,2000,23(3):1-5.[5] Yas uo O,Kenji A.Highly Active Catalysts fr om Inexpens ive Raw M aterials for Coal Gasification[J].Catalysis T oday,1997,39:111-125.[6] Yeboah Y D,Xu Y,Sheth A et al.Catalytic Gas ification of Coal Us ing E utectic Salts:Identification of Eutectics[J].Carbon,2003,41:203-214.[7] 谢 刚.熔融盐理论与应用[M].北京:冶金工业出版社,1998.STUDY ON COMPOUND CATALYST FOR GASIFICATIONAND ITS MECHANISMSun Xuelian Wang Li and Zhang Zhantao(Dep artment o f Chemical Engineer ing,X i'an J iaotong Univer sity,710049X i'an) ABSTRACT T he catalytic g asification is an important technique of the effective utilize of co al reso urce,and the development o f high-activated catalyst is an important appr oach.Catalytic gasification exper im ent of Shenfu coal is carried o ut by this study using Ni-K com po und as catalyst o n the T GA apparatus.According to the ex perim ental results,the catalytic activity of co mpo und catalyst at the best co mpo sition is more effective compared w ith potassium carbonate, w hich is w ell kno w n as a best catalyst.T he cataly tic mechanism of metal com pound cataly st is also discussed.It is found that the inter actio n betw een ions is increased by liquid m etal eutectic salt at the g asification temperature,so consequently the catalytic activity is enhanced.KEY WORDS catalytic coal g asificatio n,com pound catalyst,eutectic salt,catalytic mechanism(上接第14页)EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF COALBLENDING ON COAL ASH FUSIBILITYJiao Facun Li Hui Deng Shuping*and Dong Zhongbing(Dep artm ent of Chemical E ngineering,A nhui Univer sity o f Science and T echnology,232001H uainan;*Institute of Coal Chemistry,Chinese A cadem y o fScience,030001T aiy uan)ABSTRACT T he ash fusibility of tw o kinds of blended coal samples w er e studied in w eakly reducing atm ospher e by5E-AFⅡSm ar t Ash Fusion Analyzer.The transform ation of m ineral co mpo sition under the differ ent temperature and blended coal ratios were examined by X-ray diffractio n(XRD).The results show that the ash fusibility can be improved effectively by coal blending and the relationship betw een ash fusio n po ints and blending coal ratios is nonlinear.Tr ansfor matio n of m ineral matters results in the chang e o f ash fusion po int.M ullite derived fro m the clay mineral in high temperature can increase ash fusio n point.Quar tz,anorthite and fay alite co ex isting in blends w ill produce a low-m elting eutectic m ixture w hich decreases the ash fusibility tem perature.KEY WORDS coal blending,coal ash fusibility,chemical com position,m ineral composition, phase diagram。
