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伴随我国能源产业结构的不断优化升级,天然气的供需矛盾日益凸显,煤制替代天然气技术得到广泛关注。煤催化加氢气化技术因其具有热效率高、工艺流程简单等优势成为近年来研究的热点。目前,煤催化加氢气化技术中催化剂的研究主要集中在过渡金属类化合物。其中,钴和镍的价格较昂贵,不适合工业化应用。此外,目前对催化剂的研究主要集中于加氢气化过程中的变化,并没有对加氢气化后的催化剂进行有效的回收。基于此,本论文在加压固定床反应器上研究了相对廉价的Cu基催化剂对煤焦加氢气化的影响,并从气化残渣中选择性回收铜。通过XRD、Raman、XPS、SEM、TEM和H2-TPR等表征方法对催化剂和煤焦进行表征分析,得出以下主要结论:1、Cu-Ca催化剂催化煤焦加氢气化工艺研究在加压固定床反应器中进行了Cu-Ca催化剂催化煤焦加氢气化制甲烷的研究,探究了反应温度和催化剂负载量对甲烷收率和甲烷生成速率的影响。结果表明,负载5.0%Cu-1.0%Ca的煤焦在800℃、2 MPa H2的条件下进行加氢气化反应,450 min内可以获得60.63%的甲烷收率。钙的引入不仅抑制了催化剂的团聚,也提高了催化剂的分散性。当钙的负载量为1.0%时,钙的作用更加明显。此外,钙对硫的捕获主要发生在反应初始阶段,结合生成的硫化钙降低了硫对催化剂的毒害作用。铜化合物在煤焦催化加氢气化过程中与碳发生相互作用,促进了C-C键的断裂和金属碳化物的生成,提高了碳加氢的反应速率,促进了煤焦比表面积的增加。铜和钙共存时抑制了煤焦在加氢气化反应过程中的石墨化进程,增加了反应活性位点的数量,加速了甲烷的生成。2、Cu-Ni-Ca复合催化剂催化煤焦加氢气化特性研究在加压固定床反应器中考察了不同反应温度和催化剂负载量下Cu-Ni-Ca复合催化剂对煤焦加氢气化的影响。实验发现,镍催化剂的引入明显提高了Cu-Ca催化剂的催化活性。在800℃、2 MPa H2的条件下加氢气化反应进行450 min,负载2.5%Cu-2.5%Ni-1.0%Ca的煤焦可以实现88.33%的甲烷收率和11.56 mL/（min·g char）的甲烷生成速率。Cu-Ni-Ca的催化活性明显高于目前普遍认同的Co-Ca和Ni-Ca的催化活性。通过XRD表征发现,当Cu/Ni比例为1:1时,Cu-Ni-Ca在加氢气化过程中形成均匀的Cu-Ni合金。Cu-Ni合金之间的几何效应促进了金属的分散,加强了金属与碳之间的相互作用,进而加速了C-C键的断裂和金属碳化物的生成;Cu-Ni合金之间的氢溢流现象造成的氢气补偿效应为后续的碳加氢反应提供了更多的活性氢原子,提高了碳加氢的反应速率。利用H2-TPR表征证明了Cu-Ni-Ca复合催化剂具有较高的还原性和较强的加氢能力。3、Cu基催化剂的选择性回收工艺研究利用NH3-NH4HCO3氧化氨浸法从煤焦催化加氢气化的残渣中回收铜可以实现较好的选择性和较高的铜浸出率,浸出滤液中杂质离子含量较低。其中,在浸出时间为120 min、浸出温度为50℃、搅拌速率为200 rpm、液/固比为6:1、氨/铵比为3:1、总氨浓度为6 mol/L和氧分压为7 bar的条件下,Cu浸出率可以达到94.67%。