[发明专利]一种生物质焦油裂解催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能可再生能源利用技术。尤其涉及到生物质气化过程中产生的焦油的裂解催化剂的活性组份及其载体。

技术背景

能源与环保是当今社会发展的两大主题，随着化石能源的日益枯竭和其使用过程中所产生的环境污染，使得人们不得不寻找一种可再生的、永不枯绝的能源。目前，生物质能作为一种可再生的、对环境中性的能源越来越受到人们的关注。生物质气化技术是生物质能大规模的利用所采用的主要技术，然而，生物质气化过程中，不可避免的伴随着焦油的产生。焦油因在低温下冷凝与飞灰粘附在一起而导致输送管道堵塞、设备腐蚀，同时也使生物质气化效率降低，因此，如何高效地除去生物质气化过程中的焦油、净化产气成为生物质气化技术的焦点问题。

在众多的焦油去除技术中，以焦油的催化裂解最为有效，相关催化剂如白云石、碱金属和镍基催化剂等已得到广泛研究。一种整体式生物质气化焦油裂解催化剂的制备方法(200610122580.7)和生物质气化焦油裂解催化剂及其制备方法(200910272415.3)，从催化剂的制备方法入手，如何制备出高效的Ni基催化剂，而对催化剂本身真正的活性组分及其焦油催化裂解机理还缺乏足够的认识。本发明经过大量的实验研究及其对焦油裂解催化剂XRD与SEM的表征分析，发现了焦油裂解催化剂的真正活性组分，并在此基本上，发现了一类这样的焦油裂解催化剂及其适配载体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的焦油裂解催化剂制备方法烦琐的问题，提供一种制作简单，裂解活性高、使用温度低的一类焦油裂解催化剂。

实现上述目的的一种生物质焦油裂解催化剂，它以颗粒状的氧化钙(CaO)，或氧化镁(MgO)、或生物质热解炭，或者谷壳气化后的灰份，或者它们中两种以上的混合物为载体，负载过渡金属元素Co作为活性组份，其Co的含量占催化剂质量15％以上。

本发明的生物质焦油裂解催化剂中，所述的过渡金属元素的粒径为0.5-2μm，其松装密度为0.6-1.2g/cm³。

本发明的生物质焦油裂解催化剂，其使用温度在650℃-1000℃。优选使用温度在650℃-800℃

本发明的生物质焦油裂解催化剂是将所述的载体粉碎至0.5-0.8mm后和活性组份通过物理混合均匀后，加工成直径2～6mm球形，或直径1.5～3mm，长4～6mm条形，或厚1～2mm，直径3～5mm片形颗粒。

本发明催化剂特别适用于生物质气化过程中焦油的催化裂解，焦油经催化裂解后主要转化为小分子的H₂，CH₄，以及少量的积C。与传统的焦油裂解催化剂相比使用温度低、催化活性高、制备工艺简单、易于工业化生产。

催化剂的活性组份除来至于金属单质外，可供选择用的还有通过盐转化为对应的氧化物，氧化物在焦油裂解过程被还原为其金属单质。

本发明的有益效果是：

(1)直接用过渡金属元素Co作为焦油裂解催化剂的活性组份，避免了烦琐的催化剂活性组份的制备。

(2)本发明催化剂的载体选择碱土金属氧化物CaO，或MgO，或者生物质热解炭，或者谷壳气化后的灰份，或者它们中两种以上的混合物，具有价格低廉和热稳定性强的性能。在催化剂中，载体为活性组分不仅提供大的负载表面，而且能防止活性成分的烧结，使催化剂的稳定性得到保证。

(3)催化剂活性组份与其适配载体直接通过混合加工而成，催化剂的制备方法简单，制备成本低廉。

附图说明

图1：实施例中催化剂所用的金属活性组份钴的SEM图

图2：实施例中催化剂所用的金属活性组份氧化三氧化二钴的SEM图

图3：为谷壳气化过程中产生的焦油GC-MS分析图

图4：实施例1中催化剂用于焦油裂解后的SEM图

图5：实施例1中催化剂用于焦油裂解后的XRD图

具体实施方式：

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例中所用的金属单质钴来至格林美生产的钴粉，其含量大于等于99.9％，其SEM电镜图如图1所示，从图1中可以看出：钴粒为分散的椭元状颗粒；Co₂O₃为分析纯试剂，其纯度大于等于98.5％，其SEM电镜扫镜图如图2所示，从图2中可以看出：用于焦油裂解前的活性组份Co₂O₃呈现网状型；焦油采用谷壳气化过程中生成的焦油，其GC-MS分析如

图3，不同RT下的主要组份见表1所示。