[发明专利]一种用于生物油催化重整制氢的粉煤灰催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工合成领域，尤其涉及一种用于生物油催化重整制氢的粉煤灰催化剂及其制备方法。

背景技术

我国是一个煤炭开采利用大国，煤在我国能源消费中所占的比率高达70%以上，其能源供应主要是通过燃煤火力发电厂。随着国民经济的快速发展，近年来我国火力发电发展较快，粉煤灰产量快速增加，“十二五”末，粉煤灰年产生量将达到5.7亿吨，综合利用面临的形势十分严峻。国家发改委就新修订发布《粉煤灰综合利用管理办法》表示，鼓励对粉煤灰进行高附加值和大掺加量利用。

粉煤灰是一种火山灰质材料，是在燃煤过程中在高温流态化状态下产生，经过快速加热、快速冷却，形成结构致密的颗粒，常温下对水很稳定，不能被溶解。化学成分以SiO₂和Al₂O₃为主，其它成分为Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、TiO₂、Na₂O、SO₃及未燃尽炭等。目前，粉煤灰主要用于生产建材（水泥、混凝土、砂浆、砖瓦及陶粒等）、筑路（路堤、路基、路面）以及回填（结构回填、建筑回填、填充矿井、海涂）。然而，目前的应用使得粉煤灰的附加值作用并不明显，如果能够充分利用粉煤灰中富含的Al₂O₃、SiO₂、碱金属和碱土金属氧化物，以及粉煤灰的高比表面积和高温稳定性，将其作为催化剂载体，再通过浸渍法，将活性组分负载到该催化剂载体上，制成高活性的粉煤灰催化剂，将会极大地提升粉煤灰的应用价值，开拓粉煤灰利用的新局面。

氢能被认为是二十一世纪最具发展潜力的新能源，不仅是一种非常重要的化工原料，用于合成氨、参与加氢反应等，而且也是一种非常清洁的能源载体，如可用于内燃机与燃料电池。生物油催化重整制氢是一种低成本、高效率的氢气生产技术，是在催化剂存在下，通过生物油和水蒸汽在高温下反应得到氢气，并伴随有水煤气反应和一氧化碳变换反应等副反应。总的反应方程式如下：

其中，原料生物油是采用资源量丰富的生物质（秸秆、木屑等）为原料，在无氧、中温条件下发生热裂解反应，快速冷凝后收集得到的液体，制备过程简单高效，成本低廉。生物油催化重整制氢的工艺核心在于催化剂，对该催化剂有两方面的要求，一是能够高效地将反应物分解，二是能够高效地吸附并分解水。金属Ni和Co可以促使碳碳键和碳氧键发生断裂，可用于催化含氧生物油的分解；碱金属和碱土金属元素K、Ca、Mg和Na能够有效地促进催化剂对水的吸附分解。因此，制备以Ni或Co为活性组分，同时富含K、Ca、Mg、Na等碱金属及碱土金属元素的催化剂，对于生物油催化重整制氢具有很重要的意义。

此外，由于生物油组成复杂、氧含量高，在催化重整过程中，催化剂非常容易失活。已有研究表明，生物油在固定床反应器上进行催化重整制氢时，催化剂的单程使用寿命最长仅为9小时，因此，获得较长单程使用寿命的催化剂也是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于生物油催化重整制氢的粉煤灰催化剂，该催化剂以燃煤火力发电厂产生的废弃物—粉煤灰为载体，实现了粉煤灰的高附加值利用，且制备的催化剂具有催化活性高、催化寿命长以及成本低廉的优点。

一种用于生物油催化重整制氢的粉煤灰催化剂，包括催化剂活性组分和催化剂载体，所述催化剂载体为粉煤灰；所述催化剂活性组分为Ni或Co，催化剂活性组分的含量为催化剂载体重量的5～30%。

作为优选，所述催化剂载体为燃煤火力发电厂产生的粉煤灰。粉煤灰为燃煤火力发电厂产生的最主要的废弃物，为多孔型蜂窝状结构，经过高温煅烧后，比表面积较大，具有较高的吸附活性，上述的结构特点使其可以作为催化剂的载体使用，不仅成本低廉，且实现了粉煤灰的高附加值利用。