赵哲+庄成成+王海娟

【摘 要】煤催化气化技术是第三代煤气化技术，其气化温度降低到200至300℃，而且能够调节煤气化成分，有利于氨、甲烷、甲醇等化工产品的合成。现阶段，在煤催化气化技术体系中，可使用的催化剂有一元催化剂、复合催化剂、廉价可弃催化剂等多种，除了催化剂外，煤种、催化剂的负载过程以及气化条件都会影响到技术应用效果，要想进一步完善其技术体系，还需要进一步研究。在工业生产中，应用了该技术的工艺有合成天然气甲烷工艺和催化器制氢工艺，展现出了酶催化气化技术的优越性。

【关键词】煤催化气化技术；研究现状；展望

煤炭是一种固体燃料，作为我国最丰富的不可再生能源，被广泛应用于我国居民的日常生活以及社会工业的生产制造。由于煤炭中含有大量硫、氮元素，直接燃烧会产生大量的污染性气体，而且能量转化率较低，利用煤气化技术，将煤转化为合成气等气体燃料，能够实现煤的高效清洁利用，但是由于气化温度过高的缘故，该技术在生产实践中的可利用性不强。煤催化气化技术，是第三代煤气化技术，利用催化剂，能够降低煤气化温度，调节煤气化成分，相比于传统的煤气化技术，优势显著，被广泛应用于工业生产中[1]。

一、煤催化气化技术研究现状

（一）催化剂

煤催化气化技术的优越性，在于催化剂的使用，使得煤气化的温度能够降低，提高煤气化反应速率，因此，现阶段，煤催化气化技术的主要研究内容就是催化剂。目前，该技术体系中可用的催化剂主要有以下三种：①一元催化剂。比如说K2CO3，该物质作为催化剂具有制作成本低、稳定性好的优点，但是回收利用率低，且在煤气化过程中易产生KAlSiO4；再比如说FeNO3，常用作于制作Fe基催化剂，对于褐焦煤的气化率可达到50%，而且在众多过渡金属中，Fe是最廉价的，用作催化剂能够有效降低技术应用成本；②复合催化剂。与一元催化剂相比，多元催化剂效率更高，因为多元催化剂熔点更低，在气化条件下具有较强的流动性和润湿性，与煤表面接触棉结更大，因此催化活性更高。目前，工业中常用的复合催化剂有KOH与Ni（OH）2组成的催化剂，以及铁氧化物、锰氧化物组成的碱土金属等。复合催化剂不仅催化活性高，而且可回收并再次利用；③廉价可弃催化剂。在煤催化气化技术中，成本、利用率、环保性能等因素都是衡量催化剂性能的指标，廉价可弃催化剂一直是研究人员的目标。目前有学者研究发现，石灰石在700℃是对于任意煤种有较强的催化活性，可用于煤催化气化技术中，此外，还有学者发现，纸浆黑液对于无烟煤的气化反应具有较强的催化作用，上述物质价格低廉，无需回收利用节省成本，是催化剂研究开发的主要方向[2]。

（二）技术影响因素

在煤催化气化技术体系中，除了催化剂之外，还有一些会影响到技术应用效果的因素，这些因素也是该技术研究的主要内容。具体来说，煤催化气化技术的影响因素有：①催化剂。是该技术的主要研究內容，目前已知可用的催化剂有多种，相关企业应该根据生产需求合理选择；②煤种。不同的煤种，有着不同的特点，在媒阶、煤表面积、矿物质种类等因素上都有着一定的区别，对于催化剂也有着不同的反应；③催化剂的负载过程。催化剂负载会影响到催化剂、气化剂与煤表面的接触面积，继而影响到气化反应路径及反应速率，目前常用的负载方式有干混法，干磨法、物理浸渍法、离子交换法，可根据煤种及催化剂种类合理选择；④气化条件。温度是对煤催化气化影响最大条件因素，温度升高可使得煤气化速率提升，但是温度过高会引发烧结现象，反而使得碳转化速率Ian第，因此，需要根据生产工艺合理管控气化温度。

二、煤催化气化技术在工业中的应用

煤催化气化技术能够实现煤炭资源的高效清洁利用，技术优势显著，但是由于催化剂成本高且难以回收利用的问题，目前该技术的工业化应用仍处于试验阶段。现阶段，煤催化气化技术的工业化试验成果有：①合成天然气甲烷工艺。1979年美国埃克森公司建立了水蒸气催化气化制取甲烷的而公益装置，使用了KOH、K2CO3复合催化剂，但由投资成本过高其工业化生产计划被迫停止。随着科学技术的发展，新奥科技有限公司研发出了一个催化气化甲烷合成流化床，采用了多区耦合气化的生产工艺，实现了对生产能源的高效利用；②催化气化制氢工艺。由日本研发，以NaOH、Na2CO3作为催化剂，实现了褐煤、次烟煤、烟煤的气化制氢。

三、结语

煤气化技术的研发应用，使得煤炭的利用进入了一个新的时代，实现了煤炭资源的高效利用，同时保证了生产过程的生态环保。但是在传统的煤气化生产工艺中，气化温度需高达1100至1700℃，维持这一高温气化状态需要消耗大量的能源，同时还存在粗煤气净化困难等问题，技术应用成本较高[3]。煤催化气化技术的开发，有效消除了传统煤气化技术的弊端，实现了200至300℃的温和化气，且气化反应速率显著降低，而且在氨、甲烷、甲醇等化工产品合成中更为便捷，在提高煤利用率的同时，有效提升了技术的经济性，应用前景广阔。

【参考文献】

[1]毛燕东，金亚丹，王会芳，郑岩，李克忠，毕继诚，李金来，辛峰.煤催化气化工艺中碱金属腐蚀刚玉质耐火材料的实验研究[J].燃料化学学报，2014，42：1332-1339.

[2]方梦祥，厉文榜，岑建孟，王勤辉，骆仲泱.煤催化气化技术的研究现状与展望[J].化工进展，2015，34：3656-3664.

[3]李伟伟，李克忠，康守国，祖静茹，张荣，毕继诚.加压射流流化床煤催化气化制天然气的模拟研究[J].化学反应工程与工艺，2014，30：79-90.