本发明涉及煤炭地下气化开发与增产领域，尤其涉及一种煤炭地下气化催化剂的合成方法及装置。
背景技术：
1、煤炭是世界上储量最多、分布最广的能源矿产资源之一。中国作为煤炭大国，煤炭资源丰富，而分布不均。在中国境内，适用于露天开采的煤炭储量相对较少，仅占总储量的7％左右，深部、超深部煤层采煤作业难度极大，为我国煤炭资源的利用提出了挑战。1888年，俄国化学家门捷列夫提出了煤炭地下气化的开发方式。煤炭地下气化(undergroundcoal gasification，以下简称“ucg”)是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。而我国自1958年以来开始进行自然条件下的煤炭地下气化试验工作，经过20余年的探索，先后在徐州、山东、唐山、鹤壁、肥城、新汶等十余个矿区进行了先导性试验，为我国煤炭地下气化的发展奠定了丰富的经验基础。
2、ucg技术发展初期，使用空气-水蒸气作为气化剂生产合成气。1976年，美国在hoecreek首次注入氧气-水蒸气作为气化剂进行粗煤气生产，合成气热值最高可达9.78mj/m3，是空气-水蒸气煤炭条件下所产粗煤气热值的3倍左右。自此，“氧气-水蒸气”或者“富氧(o2体积分数＞23.5％)-水蒸气”气化剂体系延用至今。
3、与地面煤气化催化不同，煤炭地下气化催化剂需满足配注便易、输送安全、环境友好、地下可弃等方面要求。要求具体为：1.配注便易。在原有煤炭地下气化工程设施布局条件下，不增加额外占地面积。现场作业环境下，催化剂颗粒随水注入，即混即配；2.输送安全。煤炭地下气化用催化剂在到达目标煤层前需经垂直注入井与水平井输送至目标气化区。常规煤炭气化催化剂存在一定金属腐蚀性，其在管道输送过程中极易腐蚀管道，造成设备损耗。因此，煤炭地下气化工程中要求催化剂ph值在注入过程中呈中性，避免腐蚀输送管道；3.环境友好、地下可弃。催化剂颗粒随水输送至地下目标煤层，所产粗煤气从生产井位进行地面收集，反应后催化剂固体颗粒滞留地层。因此，要求煤炭地下催化体系不可对地层环境造成污染与破坏。基于上述问题产生了本发明。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种煤炭地下气化催化剂的合成方法和装置，以解决上述技术问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
2、本发明提供一种煤炭地下气化催化剂的合成方法，包括：
3、将碱性溶液与改性偶联剂置于第一蒸发室，并加热生成第一热溶液；
4、将所述第一热溶液喷入第一反应室，并与置于所述第一反应室内的氧化铝进行反应，获得第一生成物；
5、通过设置于所述第一反应室尾端的旋风分离装置对所述第一生成物进行分离，获得样品，并将所述样品置于第二反应室内；
6、将氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、纳米碳酸钙溶液、偶联剂和固化剂置于第二蒸发室，并加热生成第二热溶液；
7、将所述第二热溶液喷入第二反应室，并与所述样品进行反应获得第二生成物；
8、通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得所述催化剂。
9、可选的，所述碱性溶液为碱金属溶液或碱土金属溶液。
10、可选的，所述碱金属溶液包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、氢氧化钙溶液、碳酸氢钙溶液和低浓度碳酸钙溶液中的一种或者几种。
11、可选的，所述改性偶联剂由金属偶联剂、有机溶剂、表面活性剂及ph 调节剂混合而成；
12、其中，所述金属偶联剂包括铝锆偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或者两种，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇、醋酸乙酯、甲醇和丙酮中的一种或者几种，所述表面活性剂包括聚氧乙烯脂肪醇醚、脂肪酸单甘油酯、单硬脂酸甘油酯和聚山梨脂中的一种或者几种，所述ph调节剂包括山梨酸、柠檬酸、盐酸和乙酸中的一种或者几种。
13、可选的，所述碱金属溶液或所述碱土金属溶液的溶液浓度为0.5～10 mol/l。
14、可选的，所述第一蒸发室的温度为100～150℃。
15、可选的，所述氧化铝包括α-al2o3、β-al2o3与γ-al2o3中的一种。
16、可选的，所述第一反应室的温度为100～300℃。
17、可选的，所述第一蒸发室内的喷枪孔板孔径为200～900nm。
18、可选的，所述通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得所述催化剂，包括：
19、通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得满足粒径要求的初始样品；
20、对所述初始样品进行烘干处理，获得所述样品。
21、可选的，所述烘干处理条件为：置于200～300℃干燥箱中并恒温干燥 10～24h。
22、可选的，所述第二反应室的温度为100～200℃。
23、可选的，所述第二蒸发室内的喷枪孔板孔径为50～150nm。
24、可选的，所述氧化硅前驱体包括六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、正硅酸乙酯、甲基三氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
25、可选的，所述氧化铝前驱体包括仲丁醇铝、硝酸铝和碳酸铝铵中的一种或几种。
26、可选的，所述纳米碳酸钙溶液的溶液浓度为5～30mol/l。
27、可选的，所述偶联剂包括铝锆偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝锆偶联剂、 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。
28、可选的，所述固化剂包括氨水、丙酸酯与乙醇的共混物、三羟甲基丙烷和乙二胺中的一种或多种。
29、本发明还提供一种煤炭地下气化催化剂的合成装置，包括：
30、生成第一热溶液单元，用于将碱性溶液与改性偶联剂置于第一蒸发室，并加热生成第一热溶液；
31、第一反应室反应单元，用于将所述第一热溶液喷入第一反应室，并与置于所述第一反应室内的氧化铝进行反应，获得第一生成物；
32、获得样品单元，用于通过设置于所述第一反应室尾端的旋风分离装置对所述第一生成物进行分离，获得样品，并将所述样品置于第二反应室内；
33、生成第二热溶液单元，用于将氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、纳米碳酸钙溶液、偶联剂和固化剂置于第二蒸发室，并加热生成第二热溶液；
34、第二反应室反应单元，用于将所述第二热溶液喷入第二反应室，并与所述样品进行反应获得第二生成物；
35、获得催化剂单元，用于通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得所述催化剂。
36、本发明的技术效果和优点：
37、本发明提供一种煤炭地下气化催化剂的合成方法，包括：将碱性溶液与改性偶联剂置于第一蒸发室，并加热生成第一热溶液；将所述第一热溶液喷入第一反应室，并与置于所述第一反应室内的氧化铝进行反应，获得第一生成物；通过设置于所述第一反应室尾端的旋风分离装置对所述第一生成物进行分离，获得样品，并将所述样品置于第二反应室内；将氧化硅前驱体、氧化铝前驱体、纳米碳酸钙溶液、偶联剂和固化剂置于第二蒸发室，并加热生成第二热溶液；将所述第二热溶液喷入第二反应室，并与所述样品进行反应获得第二生成物；通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得所述催化剂。通过本发明可以以低成本、易施工、环境友好的方式合成出能够提高反应活性的催化剂。
38、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
1.一种煤炭地下气化催化剂的合成方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为碱金属溶液或碱土金属溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱金属溶液包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、氢氧化钙溶液、碳酸氢钙溶液和低浓度碳酸钙溶液中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性偶联剂由金属偶联剂、有机溶剂、表面活性剂及ph调节剂混合而成；
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱金属溶液或所述碱土金属溶液的溶液浓度为0.5～10mol/l。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蒸发室的温度为100～150℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铝包括α-al2o3、β-al2o3与γ-al2o3中的一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应室的温度为100～300℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一蒸发室内的喷枪孔板孔径为200～900nm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过设置于所述第二反应室尾端的旋风分离装置对所述第二生成物进行分离，获得所述催化剂，包括：
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述烘干处理条件为：置于200～300℃干燥箱中并恒温干燥10～24h。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二反应室的温度为100～200℃。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二蒸发室内的喷枪孔板孔径为50～150nm。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化硅前驱体包括六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、正硅酸乙酯、甲基三氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铝前驱体包括仲丁醇铝、硝酸铝和碳酸铝铵中的一种或几种。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙溶液的溶液浓度为5～30mol/l。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偶联剂包括铝锆偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝锆偶联剂、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化剂包括氨水、丙酸酯与乙醇的共混物、三羟甲基丙烷和乙二胺中的一种或多种。
19.一种煤炭地下气化催化剂的合成装置，其特征在于，包括：
