类钙钛矿型氧化物强化碱金属盐催化气化活性的调控机制

低温催化气化是在温和条件下将煤转化为气体燃料和化工原料的一项技术，具有广阔的应用前景。催化剂的活性和稳定性是限制煤催化气化技术发展的关键问题，碱金属盐是效果较好的单组份气化催化剂，但在气化过程中面临团聚、与煤中粘土矿物成分反应，以及挥发导致的流失等问题。.本项目利用类钙钛矿型氧化物表面分散性和强酸性吸附碱金属盐，以解决碱金属盐在催化气化过程中的团聚、反应、流失等问题；利用类钙钛矿型氧化物的氧化还原特性，促进催化剂活性中间体的生成和传递，提高碱金属盐的催化活性，加快气化反应速率；通过调控氧化物的组成与结构，强化碱金属盐催化剂的活性；通过研究氧化物与碱金属盐的相互作用，阐明类钙钛矿型氧化物的组成与结构对碱金属盐在煤水蒸气气化体系中催化活性的调控机制；通过研究氧化物的组成与结构对碱金属盐催化气化活性的影响，解析类钙钛矿型氧化物负载碱金属盐催化剂的催化气化机理，为煤催化气化技术提供理论基础。

本项目的开展是为了解决碱金属盐应用于煤催化气化技术中面临团聚、与煤中粘土矿物成分反应，以及挥发导致的流失等问题。按照项目任务已完成相关研究内容。首先利用溶胶-凝胶法制备了高比表面、高均匀分散性的类钙钛矿型氧化物作为煤催化热解气化过程的助催化剂，并通过优化结构获得了活性高、稳定性好的氧化物；分别采用热天平、Py-GC/MS、以及鼓泡床间歇气化小试装置考察了负载型催化剂对煤热解、气化过程的催化作用；由研究结果表明，助催化剂对活性组分的催化有明显的促进作用，同时促进热解过程中生成焦油的进一步转化，尤其是对焦油组成中的酚类、含氧化合物的转化有明显催化作用，而且脂肪烃类组成明显增加；同时抑制了活性组分K2CO3在催化气化反应过程中的团聚；由于氧化物的表面分散性与酸性，可将活性中间体K、CnK、KOH以及活性组分K2CO3吸附于氧化物表层，抑制了K2CO3的损失；而且助催化剂氧化物促进了活性组分的氧化还原反应，以及活性中间体的快速转换，从而增加了催化剂活性组分的活性点，促进了氧的还原，使催化性能得到提高，从而加快了C的转化速率；通过添加助催化剂改善了负载型催化剂的重复利用效果，K2CO3/LMC82体系在重复利用5次后仍有较高的碳转化率达85%以上，而且残渣中K的回收率可达92%；助催化剂氧化物和活性组分对反应过程有协同催化作用，通过助催化剂氧化物结构的优化，验证了氧化物中氧传递是在氧空位的基础上通过氧的跃迁机制产生作用的，这一理论也强化了K2CO3在煤催化气化过程的氧传递原理。