[发明专利]生物质气化焦油裂解催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，具体涉及一种生物质气化焦油裂解催化剂及其制备方法。

背景技术

21世纪人类将面临能源问题的严峻挑战，传统化石燃料的大量使用不仅带来了严重的环境污染和生态破坏，而且煤、石油、天然气作为现阶段的主要能源，资源量正日益减少，已不能满足社会发展对能源的日益增长的需求，因此，开发洁净的可再生能源成为了事关国民经济可持续发展、国家安全和社会进步的迫切需要。生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气居于世界能源消费总量第四位的能源，资源量大，分布广，且生物质能属于可再生能源，是地球上唯一能够储存和运输的清洁能源，开发潜力巨大。

生物质在气化时容易产生较多的焦油，焦油的存在主要引起以下缺点：(1)焦油在低温下会形成粘稠状的液体，与水和飞灰等一些杂质结合后具有腐蚀性，长期积累会堵塞管道，造成生产的不连续性，甚至停产；(2)生物质气化产生的焦油占生物质总能量的5～10％，如其不能将其转化成有用的可燃气体，将会大大降低生物质的转化率。另外，如果采用水洗等湿法除焦的话，水洗后的焦油中的气体热值大大降低，不仅间接降低生物质的可利用率，而且还会产生大量有机废水，造成对环境的二次污染：(3)焦油中的多种物质具有致癌作用，如果其排放到大气中，对人体健康影响较大；(4)焦油在低温下与可燃气一起燃烧时，难以燃烧完全，易产生炭黑等，对燃气利用设备损害严重。由此可见，如何有效去除生物质气化过程中产生的焦油，把它转化为有用的可燃气体是生物质气化技术的关键所在。

目前的焦油去除技术当中催化裂解技术是公认最有效的方法，该种方法不仅能够在较低反应温度下得到较高的焦油去除率，而且还能提高气体热值和产量。目前，裂解催化剂主要包含天然矿物类、碱金属类、镍基催化剂类三种，其中镍基催化剂转化活性最好，一般对焦油的转化率能达到99％以上，并且其可调整气体产物的组分而制备合成气，因而受到广泛关注。

传统的制备镍基催化剂的方法中，往往添加贵金属如铱元素、稀土元素如铈元素等作为助剂，以保持镍基的高活性，致使镍基催化剂的价格昂贵；后来发现，在催化剂制备方法中加入碳源，有助于催化剂成孔的稳定性以及颗粒良好的分散性能，同时可以降低成本，因此也有将活性炭、蔗糖、烷烃等为碳源，加入到制备镍基催化剂的制备过程中，但制备过程复杂、产率低，依然使得催化剂的制造成本较高，而且容易发生积碳，导致活性降低。因此，开发经济高效的生物质焦油裂解催化剂对于生物质焦油的催化裂解具有重要意义。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种生物质气化焦油裂解催化剂及其制备方法，从而进一步提高现有镍基催化剂的使用寿命并降低其制造成本。

为解决上述问题，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供了一种生物质气化焦油裂解催化剂，具有这样的特征：以石墨化介孔碳为催化剂载体，以铁镍合金为活性组分，其中，铁镍合金的质量占催化剂质量的41％～55％，催化剂的形貌为铁镍合金镶嵌于石墨化介孔碳上，催化剂比表面积为300～600m².g^-1，孔径为3～15nm，孔体积为0.4～1.5cm³.g^-1。

一种生物质气化焦油裂解催化剂制备方法，包含以下步骤：步骤1，合成介孔二氧化硅材料模板；步骤2，将介孔二氧化硅材料、Fe的前驱物以及Ni的前驱物在乙醇或丙酮中搅拌均匀后置于通风厨中风干，得到第一粉末；步骤3，将步骤2中风干过程所得的第一粉末和脂肪酸在研钵中充分研磨后，置于管式炉中在氮气氛围下高温煅烧，得到第二粉末；步骤4，将步骤3中高温煅烧得到的第二粉末在NaOH溶液中浸泡，刻蚀去除所述介孔二氧化硅材料，得到第三粉末；步骤5，过滤、水洗、干燥步骤4中得到的第三粉末，即为本方法所制备的生物质气化焦油裂解催化剂。

在本发明提供的生物质气化焦油裂解催化剂制备方法中，还可以具有这样的特征：介孔二氧化硅材料为六方大孔径的SBA-15、六方小孔径的SBA-3、三维立方大孔结构的KIT-6、双连续立方结构的FDU-5以及面心立方结构的FDU-12中的任意一种或至少两种的混合物。

在本发明提供的生物质气化焦油裂解催化剂制备方法中，还可以具有这样的特征：脂肪酸为大豆油、玉米油、花生油、葵花籽油、菜籽油中的任意一种或至少两种的混合物