[发明专利]一种进行热解产气成分调控用的钙基催化剂及其制备方法

说明书

1、所属技术领域

本发明涉及废弃物和煤的高效利用，用于提高废弃物和煤热解产气中可燃气体产率，进行产气成分调控，同时部分实现产气中二氧化碳的转换和减排。

2、背景技术

能源是现代文明的物质基础，也是推动经济和社会发展的重要动力。目前全球范围内，受经济发展和人口增长的双重压力，世界多国都面临着能源供应紧张、尤其是油、气供应紧张的局面。寻找新型能源和替代能源，并且以环境友好的方式高效使用能源，无疑是人类解决能源短缺、维持人口、环境、资源协调发展的重要手段。

另一方面，随着城市化进程加快以及经济的高速发展，城市生活垃圾的排放量越来越大。例如，我国2010年生活垃圾产量1.58亿吨，城市周边累计堆存垃圾已达70亿t，占地约80多万亩，我国661个城市中差不多有2/3的城市被垃圾包围，对环境产生了严重的危害。此外，市政污泥、河湖底泥、农林废弃物的排放量也日趋剧增，进行垃圾等废弃物的处理和处置，已成为城市环境治理的主要内容。

目前，国内外城市生活垃圾的处理技术主要有卫生填埋、焚烧、堆肥和厌氧发酵等方式，其中填埋是最主要的处理方式之一。美国生活垃圾填埋处理量占总量的54.3％。我国的生活垃圾处理也以填埋为主。总体说来，填埋技术比较成熟、操作简单、处理量较大、投资和运行费用也较低。但是，填埋对垃圾的减容效果相对较差，而且填埋需要占用大量土地，填埋产生的垃圾渗滤液及恶臭气体对地下水环境和周边环境污染也比较严重。

垃圾焚烧具有减容、减量较大，可以回收热能等优点，符合垃圾处理的减量化、无害化和资源化原则。垃圾经过焚烧后，质量可以减少80％、体积缩小90％以上，目前前已逐渐成为工业国家生活垃圾处理的主要方法之。例如瑞士、德国、日本等国，焚烧处理已分别达到垃圾处理率的80％、30％和72.5％。但是，焚烧受垃圾原料影响较大，常常需要掺烧其他一些高热值燃料。而且，焚烧尾气中常常含有许多有害成分，对环境的影响较大。

堆肥是在适宜条件下，利用垃圾或土壤中的微生物，使垃圾中的有机物发生生物化学反应而降解(消化)，形成一种类似腐殖质的过程。近年来，我国垃圾堆肥的发展较快，许多城市已建立垃圾堆肥处理装置。此外，对生活垃圾进行厌氧发酵，也可以产氢与甲烷。

随着垃圾产生量越来越大，传统的垃圾处理方式已经越来越难以适应需求。开发垃圾高效处理利用新技术，缓解日趋严峻的环境和资源压力，已经成为垃圾处理处置面临的重要课题。事实上，垃圾并不仅仅是废弃物，它还是一种可以利用的可再生资源，对工业国家生活垃圾的组成分析表明，其中食品垃圾类约占20～24％，纸张类约30～35％，细碎物约18～23％，金属类约5～7％，玻璃类约5～9％，塑料类约4～7％，其它约6～9％，水分约为20～30％，热值大约6000～9000kJ·kg^-1。我国生活垃圾的一般组成为：食品垃圾类约50～55％，纸张类约3～8％，金属类约0.5～1.5％，草木类约8～12％，塑料类约7～12％，织物约2～4％，玻璃类约1.5～5％，渣石约15～20％，其它约1～3％，水分超过40％，热值大约为4000～7500kJ.kg-1。可见，生活垃圾中大约三分之二为有机可燃物，是一个难得的可再生能源，有效加以利用将可以缓解城市的能源供应紧张状况。

有鉴于此，提出了基于催化热解技术将生活垃圾制富氢气体、热解油和热解焦，进而进行有效能源化利用。本发明主要涉及催化热解用的一种催化剂及其制备技术。

生活垃圾热解用的催化剂主要有碱金属、碱土金属、过渡金属氧化物、分子筛及复合类催化剂，其中钙基和镍基氧化物催化剂用得较多。研究发现，CaO和NiO催化剂可以提高H₂产率。此外，也有人使用负载型催化剂，进行生活垃圾的催化热解。

但是，限于生活垃圾本身的特点，如果采用像处理普通燃料那样的催化剂进行这些废弃资源的催化热解，无疑将增加处理成本。也就是说，进行生活垃圾的催化热解，完全可以使用一些矿石、甚至尾矿经过加工制成的催化剂。而且，为了提高生活垃圾热解过程的效益，必须提高热解油和气体的产率、特别是提高气体产物H₂、CO等可燃气体的产率，使热解产物得到更广泛的应用。为此，本发明介绍了一种提高生活垃圾等废弃物和尾煤催化热解产气中H₂、CO等可燃气体产率，进行产气成分调控用的催化剂及其制备方法。

3、发明内容