煤液化催化剂研究现状指南.pdfVIP

煤液化催化剂研究现状1 林雄超，王彩红，王永刚 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京（100083 ） E-mail ：linxiongchao@163.com 摘 要：催化剂的开发是煤液化过程的核心内容之一。本文介绍了煤直接液化用催化剂的种 类及作用机理，主要对廉价、高效、广泛应用的铁系催化剂的作用机理，及其高分散催化剂 的表征进行了阐述；同时介绍了几种煤直接液化超细颗粒催化剂的开发制备方法。 关键词:煤直接液化；催化机理；高分散催化剂 中图分类号:TQ 529.1 文献标识码：A 1. 引言 煤直接液化工艺可以有效的提高煤的综合利用效率，降低环境污染，充分利用煤炭资源， 并适应现阶段能源需求以液化燃料为主的趋势。煤液化的工业化面临的主要问题有煤种的筛 选利用，催化剂的研制，液化溶剂的开发，反应工艺条件的改进等。其中催化剂的研究与开 发是煤直接液化过程的核心，在煤的直接液化过程中起着至关重要的作用。 2. 催化剂种类 催化剂的活性主要取决于金属的种类、比表面积和载体等。一般认为Fe 、Ni 、Co、Mo 、 Ti 和W 等过渡金属对加氢反应具有很高的活性。按工作原理不同，催化剂可分为氧化型催 化剂、还原型催化剂、三效催化剂和稀燃催化剂。已经过研究的煤液化用催化剂有三类：一 是金属（Ni 、Co、W 、Mo 等）硫化物；二是含金属的酸性催化剂（ZnCl2 、SnCl2 等）；三 是铁矿、飞灰、天然硫铁矿等。但前两类催化剂中含有贵金属，或本身有毒，从液化残渣中 回收非常困难。铁系催化剂具有活性高、廉价易得或易于制备、对环境友好等特点，受到广 泛的重视。目前使用和研究过的铁系催化剂包括黄铁矿等含铁矿物质、赤泥及含铁工业废渣、 各种纯态铁的氧化物和氢氧化物(Fe O ，FeOOH 等) 、硫化物(FeS，FeS ，Fe S )及担载铁等。 2 3 2 2 3 近年来，煤直接液化催化剂的研究主要集中在以煤本身为载体的担载铁和超细纯态铁催化剂 的研制上，因为减小催化剂粒径，提高其与煤的接触，可以明显改善催化性能，特别是担载 铁催化剂，显示出成本低、活性高等特点。担载催化剂的制备简单，并且担载（或浸渍）催 化剂后的煤既是反应物又是铁催化剂的载体，铁化合物呈高分散并与煤紧密结合，在加氢反 应中能形成多个活性中心，能有效吸附并活化高压氢气中的氢分子和供氢溶剂中的氢分子， 加快活化氢迁移到煤裂解产生的自由基碎片上的速度，同时原位担载催化剂还能很好的促进 C-C 键的断裂。 3. 催化作用机理 催化剂通过对某种反应物的化学吸附形成化学吸附键，致使被吸附分子的电子或几何结 构发生变化从而提高了化学反应活性。太强或太弱的吸附都对催化作用不利，只有中等强度 的化学吸附才能达到最大的催化活性，从这个意义上讲，过渡金属的化学反应性是很理想的。 由于这些过渡金属原子或是未结合d 电子或是有空余的杂化轨道，当被吸附的分子接近金属 表面时，它们就与被吸附分子形成化学吸附键[1] 。在煤液化反应常用的催化剂中，FeS2 等可 与氢分子形成化学吸附键。受化学吸附键的作用，氢分子分解成带游离基的活性氢原子，活 1 本课题得到中国矿业大学211 项目和国家重大基础研究973 项目（ 2004CB217601 ）的资助。 -1- 性氢原子又和溶剂分子结合使溶剂氢化，氢化溶剂直接参与煤液化中的各种反应，不论是对 煤结构中芳核的氢化、开环、桥键的裂解、脱烷基和脱杂原子反应的促进作用，还是对裂解 反应中产生的大量游离基碎片的稳定化作用都是由于氢化溶剂及时提供了活性氢原子的缘 故，而并非是煤粒子与催化剂粒子直接接触的结果。由此可见，在煤液化反应中，正是催化 剂的作用产生了活性氢原子，又通过溶剂为媒介实现了氢的间接转移，使各种液化反应得以 顺利地进行。 煤液化催