本发明涉及煤催化气化技术领域，尤其涉及一种煤催化气化的催化剂及煤催化气化方法和装置。
背景技术：
在催化气化工艺中，由于催化剂的加入能够有效降低反应温度，提高反应速率，并能够提高甲烷产率，为了提高催化剂的催化效果，通常将催化剂负载到煤上以提高催化活性，催化剂与煤中矿物质结合会造成部分失活，使得催化剂的负载量较高，同时，由于催化剂的成本较高且煤催化气化后产生的灰渣中含有催化剂会造成环境污染，因此，需要对灰渣中的催化剂进行回收，由于催化剂负载在煤中，在回收时较为困难，水耗和能耗较高，影响煤催化气化整体的经济性。
技术实现要素：
本发明的实施例提供一种煤催化气化的催化剂及煤催化气化方法和装置，所述催化剂成本较低，具有释放氧气和甲烷化的双重功效，在催化气化反应之后分离与回收方便快捷。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种煤催化气化的催化剂，包括：
甲烷化活性成分和载氧剂；
所述载氧剂包括：载氧化合物和载体；其中，所述载氧化合物选自铜氧化物、镍氧化物、锰氧化物和钴氧化物中的一种或者几种。
优选的，所述甲烷化活性成分包括：含有钾、钠、钼、镍和钴中任意一种或者几种元素的化合物。
进一步的，所述载氧剂还包括掺杂在所述载氧化合物中的稀土金属。
优选的，所述载体为尖晶石载体。
另一方面，本发明实施例供一种催化气化方法，包括：
使煤和气化剂在如上所述的催化剂的催化作用下发生煤催化气化反应，获得含有还原态催化剂的煤催化气化灰渣。
可选的，所述方法还包括：将所述还原态催化剂从所述煤催化气化灰渣中分离，并对分离出来的所述还原态催化剂进行氧化再生。
优选的，所述将所述还原态催化剂从所述煤催化气化灰渣中分离，并对所述还原态的催化剂进行氧化再生具体包括：
通过控制所述催化剂的粒径大于所述煤的粒径，通过粒径不同进行分离；
并使分离出来的所述还原态催化剂与具有氧化作用的气体接触发生氧化反应进行再生。
进一步的，所述具有氧化作用的气体选自水蒸汽、二氧化碳和氧气中的一种或几种。
可选的，所述煤与所述催化剂的粒径比为1:5-1:10。
再一方面，本发明实施例提供一种催化气化装置，应用于如上所述的催化气化方法，包括：
气化炉，所述气化炉包括煤进口以及气化剂进口，所述煤进口用于通入煤，所述气化剂进口用于通入气化剂；
所述气化炉用于使煤和气化剂在催化剂的存在下发生煤催化气化反应，获得含有还原态催化剂的煤催化气化灰渣。
可选的，所述气化炉还包括产物气出口；
所述装置还包括：与所述产物气出口连通的旋风分离器，以及沿所述气化炉的轴向穿设于所述气化炉内部的旋风分离料腿，所述旋风分离料腿的上端与所述产物气出口连通。
优选的，所述旋风分离料腿的下端位于所述气化炉的密相区。
可选的，所述旋风分离料腿靠近下端处连通有吹送气管道，所述吹送气管道用于向所述旋风分离料腿中斜向下吹送所述具有氧化作用的气体。
本发明实施例提供了一种煤催化气化的催化剂及煤催化气化方法和装置，由于所述催化剂包括甲烷化活性成分和载氧剂，因此，所述催化剂具有释放氧气和甲烷化的双重功效，将其与煤进行催化气化反应之后，所述催化剂被还原为还原态催化剂，所述还原态催化剂能够通过氧化反应进行再生，由于所述催化剂的这一特性，在采用该催化剂对煤进行催化气化时，可以不进行负载而直接使用，与现有的催化剂负载在煤上相比，在使用完成之后，所述催化剂的分离与回收方便快捷，成本较低。克服了现有技术中催化剂负载在煤中使得催化剂与煤催化气化反应产生的灰渣分离较为困难，回收时耗水耗能较高，使得经济性差的缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种煤催化气化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种煤催化气化的催化剂及煤催化气化方法和装置进行详细描述。
一方面，本发明实施例提供一种煤催化气化的催化剂，包括：
甲烷化活性成分和载氧剂；
所述载氧剂包括：载氧化合物和载体；其中，所述载氧化合物选自铜氧化物、镍氧化物、锰氧化物和钴氧化物中的一种或者几种。
其中，需要说明的是，当所述载氧化合物为镍氧化物或/和钴氧化物时，其本身虽然具有一定的甲烷化活性，但是，其甲烷化活性较低，通过额外添加甲烷化活性成分，能够形成具有甲烷化活性(主要为甲烷化活性成分起作用)和释放氧气(载氧剂起作用)的催化剂。
本发明实施例提供了一种煤催化气化的催化剂，由于所述催化剂包括甲烷化活性成分和载氧剂，因此，所述催化剂具有释放氧气和甲烷化的双重功效，成本较低，将其与煤进行催化气化反应之后，所述催化剂被还原为还原态催化剂，所述还原态催化剂能够通过氧化反应进行再生，由于所述催化剂的这一特性，在采用该催化剂对煤进行催化气化时，可以不进行负载而直接使用，与现有的催化剂负载在煤上相比，在使用完成之后，所述催化剂的分离与回收方便快捷，能够进一步降低煤催化气化成本。克服了现有技术中催化剂负载在煤中使得催化剂与煤催化气化反应产生的灰渣分离较为困难，回收时耗水耗能较高，使得经济性差的缺陷。
其中，所述甲烷化活性成分可以为含有镍、钴元素的化合物，也可以为含有钾元素的化合物。
优选的，所述甲烷化活性成分包括：含有钾、钠、钼、镍和钴中任意一种或者几种元素的化合物。采用含有这些金属元素的化合物，能够提高煤的甲烷转化率。
本发明的一实施例中，所述载氧剂还包括掺杂在所述载氧化合物中的稀土金属。通过在所述载氧化合物中添加稀土金属，能够提高所述载氧剂传递氧和释放氧的能力。
其中，所述稀土金属优选为铈、镧等。铈、镧具有良好的氧化还原特性，能够起到很好的传递氧的作用，在还原气氛中供氧，或在氧化气氛中耗氧。并且，可以提高催化剂的热稳定性和机械强度。
其中，对所述载体不做限定，只要能够起到所述载氧化合物的骨架作用即可。
本发明的又一实施例中，所述载体为尖晶石载体。尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，是一类矿物的总称，因为含有镁、铁、锌、锰等元素，它们可分为很多种，如铝尖晶石、铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬尖晶石等。由于尖晶石坚硬，具有较高的熔点以及良好的耐火度，采用尖晶石作为载氧化合物的载体，能够提高所述载氧剂的机械性能和寿命。
优选的，所述尖晶石载体为含有铝、硅的复合尖晶石载体。复合尖晶石载体具有较高的晶格破坏温度，因此耐热性强，热稳定性高。此外，复合尖晶石具有良好的抗水合能力，机械强度高，不易粉碎。
另一方面，本发明实施例供一种催化气化方法，包括：
使煤和气化剂在如上所述的催化剂的催化作用下发生煤催化气化反应，获得含有还原态催化剂的煤催化气化灰渣。
本发明实施例提供了一种煤催化气化方法，由于所述催化剂包括甲烷化活性成分和载氧剂，因此，所述催化剂具有释放氧气和甲烷化的双重功效，成本较低，将其与煤进行催化气化反应之后，所述载氧剂被还原为还原态催化剂，所述还原态催化剂能够通过氧化反应进行再生，由于所述催化剂的这一特性，在采用该催化剂对煤进行催化气化时，可以不进行负载而直接使用，与现有的催化剂负载在煤上相比，在使用完成之后，所述催化剂的分离与回收方便快捷，能够进一步降低煤催化气化成本。克服了现有技术中催化剂负载在煤中使得催化剂与煤催化气化反应产生的灰渣分离较为困难，回收时耗水耗能较高，使得经济性差的缺陷。
本发明的一实施例中，所述方法还包括：将所述还原态催化剂从所述煤催化气化灰渣中分离，并对分离出来的所述还原态催化剂进行氧化再生。通过对所述催化剂从所述煤催化气化灰渣中分离并对其进行氧化再生，能够对所述催化剂进行重复利用，降低煤催化气化成本。
本发明的又一实施例中，所述将所述还原态催化剂从所述煤催化气化灰渣中分离，并对分离出来的所述还原态的催化剂进行氧化再生具体包括：
通过控制所述催化剂的粒径大于所述煤的粒径，通过粒径不同进行分离；并使分离出来的所述还原态催化剂与具有氧化作用的气体接触发生氧化反应进行再生。
在本发明实施例中，通过在反应过程中通过粒径不同进行分离，并使所述还原态催化剂与具有氧化作用的气体接触发生氧化反应进行再生，使得所述催化剂能够在与煤不断发生煤催化气化反应的同时，实现分离与再生，提高煤催化气化效率。
其中，对所述具有氧化作用的气体不做限定，只要能够为所述载氧剂提供氧即可。
优选的，所述具有氧化作用的气体选自水蒸汽、二氧化碳和氧气中的一种或几种。这些具有氧化作用的气体不引入外来杂质，能够与煤发生反应生成富含甲烷的产品气。
本发明的一实施例中，所述煤与所述催化剂的粒径比为1:5-1:10。能够使煤催化气化灰渣与所述催化剂进行更好地分离。
再一方面，本发明实施例提供一种催化气化装置，应用于如上所述的催化气化方法，参见图1，包括：
气化炉1，所述气化炉1包括煤进口11以及气化剂进口12，所述煤进口11用于通入煤，所述气化剂进口12用于通入气化剂；
所述气化炉1用于使煤和气化剂在催化剂的存在下发生煤催化气化反应，获得含有还原态催化剂的煤催化气化灰渣。
本发明实施例提供了一种煤催化气化装置，通过将上述所述的催化剂和煤通入所述气化炉1中，使得所述煤和所述气化剂在所述催化剂的存在下发生煤催化气化反应，其中所述催化剂包括甲烷化活性成分和载氧剂，因此，所述催化剂具有释放氧气和甲烷化的双重功效，获得含有还原态催化剂的煤催化气化灰渣，所述还原态催化剂能够通过氧化反应进行再生，由于所述催化剂的这一特性，在采用该催化剂对煤进行催化气化时，可以不进行负载而直接使用，与现有的催化剂负载在煤上相比，在使用完成之后，所述催化剂的分离与回收方便快捷，能够进一步降低煤催化气化成本。克服了现有技术中催化剂负载在煤中使得催化剂与煤催化气化反应产生的灰渣分离较为困难，回收时耗水耗能较高，使得经济性差的缺陷。
本发明的一实施例中，所述气化炉1还包括产物气出口13；
所述装置还包括：与所述产物气出口13连通的旋风分离器(图中未示出)，以及沿所述气化炉1的轴向穿设于所述气化炉1内部的旋风分离料腿2，所述旋风分离料腿2的上端与所述产物气出口13连通。
由于所述煤与所述催化剂的粒径比为1:5-1:10，所述催化剂粒径较大，在本发明实施例中，通过调节所述旋风分离器的离心力，能够将所述煤催化气化灰渣与所述煤催化气化的产物气一同带出所述气化炉1，所述催化剂在重力作用下沿着所述旋风分离料腿2返回所述气化炉1中，从而能够实现所述催化剂和所述煤催化气化灰渣的分离。
本发明的又一实施例中，所述旋风分离料腿2的下端位于所述气化炉1的密相区。能够将所述催化剂返回至密相区，有利于所述催化剂与所述煤的充分接触。
本发明的一实施例中，所述旋风分离料腿2靠近下端处连通有吹送气管道3，所述吹送气管道3用于向所述旋风分离料腿2中斜向下吹送所述具有氧化作用的气体。
通过设置吹送气管道3，并向所述旋风分离料腿2中斜向下吹送所述具有氧化作用的气体，还能够促使所述催化剂返回气化炉1，并在返回的过程中与所述载氧剂进行短暂接触，快速反应，实现热量的快速传递，避免局部过热而出现烧结和催化剂失活的现象，提高催化气化效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。