[发明专利]一种生物质焦油裂解用催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源用催化剂技术领域，具体涉及一种生物质焦油裂解用催化剂及其制备方法。

背景技术

生物质能属于含能体能源，在诸多方面与煤炭、石油、天然气等常规化石能源相似，具有可存储、可运输等特点。生物质能资源来源于一切直接或间接利用绿色植物进行光合作用而形成的有机物质，包括动物、植物、微生物，以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。长期以来，生物质能资源的利用以直接燃烧为主，不仅效率低下，而且污染环境。随着科学技术的发展，生物质能资源可以通过各种技术加以转化和高效利用，产生电力和热力，或生产生物燃料，如乙醇、生物柴油及沼气。

气化是利用生物质原料的主要方式之一，其基本过程包括：生物质通过热化学转化为气体燃料，净化后的气体燃料直接被送入锅炉、内燃发电机或燃气轮机的燃烧室中燃烧发电或进一步合成液体燃料．在生物质气化的过程中，焦油类组分和焦炭是不可避免的副产品。焦油在高温呈气态与可燃气体完全混合，在低温则会凝结为液态．其存在不仅使气化设备运行发生困难，而且对燃气利用设备，如内燃机、燃气轮机等损害也相当严重。对焦油蒸汽处理采用的主要方法有热裂解、催化裂解和加氢裂解等．热裂解的温度通常为800～900℃，一般认为纯粹的热裂解反应是由分子吸热激发、相互碰撞吸收能量而引发。与热裂解相比，催化裂解炭生成量较少，尤其在反应气体中有氢气时，裂解所产生的中间产物等与氢原子反应生成较稳定的饱和烃，氢原子又使连锁反应继续进行，从而抑制了炭的生成。

在焦油的催化裂解中，关键是催化剂的选用问题。目前国内外研究的焦油裂解催化剂主要有：天然矿石类（白云石、石灰石、橄榄石等）、碱金属类以及镍基催化剂。白云石价廉易得，且在高温下具有较高的焦油裂解率，是一种良好的生物质热气净化催化剂；然而白云石对于萘和甲烷的重整能力有限，因而不能满足制备合成气的要求。碱金属催化剂由于仅能转化约80％的焦油，因而只适于以直接与生物质颗粒干混或湿浸的方式加入气化炉中，生物质燃气的深度净化需再利用下游的焦油裂解炉中镍基催化剂的催化作用。商业镍基催化剂能使生物质焦油转化率达100％，并可调整气体产物的组分而制备合成气。镍基催化剂因具有高的焦油转化率，且价格昂贵而适合于在气化炉的下游焦油裂解器中使用。同时镍基催化剂能制备富含H₂ 和CO的合成气，在600℃的相对低温下，能制备富含CH₄的高热值燃气。因此镍基催化剂的开发引起研究者的广泛关注。

中国专利200610122580.7提供了一种反应强度高、焦油裂解率高和选择性好的整体式生物质焦油裂解催化剂的制备方法。其特点在于使用了负载γ-Al₂O₃的堇青石为载体，NiO为活性组分，制备的催化剂比传统的颗粒状焦油裂解催化剂具有反应空速大、压降小等优点。

中国专利200910272415.3公开了一种生物质气化焦油裂解催化剂及其制备方法。该催化剂采用分步浸渍法制备。催化剂使用γ-Al₂O₃作为载体，以NiO为活性组分，以La₂O₃、CeO₂和MgO为助剂。活性组分NiO的含量在10-30％；助剂La₂O₃含量在3-8％；助剂CeO₂含量在2-6％，助剂MgO在1-3％，余量为γ-Al₂O₃。该催化剂具有强度高、裂解效率高、裂解残余物中多环芳香烃化合物含量较少、催化剂积炭量少等特点。但上述催化剂均采用氧化铝做载体，催化剂酸性中心有限，催化剂裂解活性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更高的催化裂解活性、更加明显的抗积炭性能和热稳定性的生物质焦油催化裂解用催化剂，同时提供了该催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物质焦油裂解用催化剂，由以下重量百分比的物质组成：RuO₂ 0.1-1%、NiO 5-15%、CuO 1-6%、CeO₂ 5-20%，余量为催化剂载体，以上物质的重量和为100%。

较好的，所述生物质焦油裂解用催化剂，由以下重量百分比的物质组成：RuO₂ 0.1-0.5%、NiO 10-15%、CuO 3-6%、CeO₂ 8-10%，其余为催化剂载体。