[发明专利]一种用于生物质气化气制备甲醇合成气的火山岩催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于生物质气化气制备甲醇合成气的火山岩催化剂及其制备方法和应用，所述火山岩催化剂的制备方法包括如下步骤：S1.将火山岩载体与镍盐溶液充分混合，然后干燥，得到前驱体；S2.将前驱体进行预煅烧使镍盐分解，然后在700℃以上条件下煅烧4~8h，得到火山岩催化剂；所述火山岩载体的质量份数为80.0~95.0份；所述镍盐的质量按NiO计，按NiO计的所述镍盐的质量份数为5.0~20.0份。本发明制得的火山岩催化剂在生物质气化气的复杂氛围下竟然能够保持极高的活性，用于生物质气化气通过CO₂联合水蒸气重整技术制备甲醇合成气时活性极高，CH₄转化率极高，H₂和CO选择性极高，远超常规的用于CO₂联合水蒸气重整的镍基催化剂。

技术领域

本发明涉及生物质能源转化领域，更具体地，涉及一种用于生物质气化气制备甲醇合成气的火山岩催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

生物质资源是一种新的可再生资源，其储量可媲美化石能源，被认为是最有可能替代化石能源的一种新兴能源。通过生物质资源制备合成气，然后利用该合成气制备原本来源于化石能源的化学品成为扩展生物质资源利用的重要方式。并且，相较于直接作为燃料使用，化学转化制备化学品将进一步提高生物质资源在未来能源市场的地位。

目前合成气的主要来源以化石能源为主，可通过煤或焦炭等固体燃料气化制的，也可由天然气和石脑油等轻质烃类制取，还可由重油经部分氧化法生产，而通过生物质气化气制备合成气的研究较少。至于合成方式，主要为水蒸气重整和部分氧化。由于生物质气化气的成分中包含CO₂气体，单纯的水蒸气重整和部分氧化都会导致产物中混有CO₂，将影响合成气的合成反应。

目前，针对合成气（H₂/CO=2）——即甲醇合成气——的制备，以CO₂联合水蒸气重整甲烷制备合成气技术为主，该技术可以通过调整气体比例而直接获得H₂与CO计量比为2的合成气。CO₂联合水蒸气重整是一项联合CO₂重整甲烷和水蒸气重整甲烷的技术，由于CO₂也参与到反应中，因此可以有效利用气化气中的CO₂，并实现全部组分的完全转化，并且反应期间不会引入其他的气体组分，因此也无需额外的分离步骤。

然而，该技术中的催化剂普遍存在的价格较高、寿命较短的问题。同时，关于CO₂联合水蒸气重整甲烷的研究也多以天然气为研究对象，在生物质气化气的复杂氛围下进行CO₂联合水蒸气重整制备合成气的催化剂却鲜有报道。

生物质气化气的组成与生物质原料有关，也与气化剂种类有关，还与制备工艺有关。生物质原料多样，将影响气化产物中的组成。气化剂包括水蒸气和二氧化碳，当以水蒸气为气化剂时，气化气中H₂含量增加而CO含量降低，而以CO₂为气化剂时情况则相反，但两种情况下H₂/CO均小于2，并且由于气化剂的差异，气化产生的气体中还存在10%~70%的CO₂和CH₄。针对不同的气化条件，引入CH₄/H₂O或CH₄/CO₂，则可能实现气体组成向H₂/CO=2的完全转化。

可见，基于CO₂联合水蒸气重整的反应过程，要实现合成气中H₂/CO=2，需要考虑气体组分的配比，同时需要寻找一种可靠的催化剂促进CO₂重整甲烷和水蒸气重整甲烷两项反应同时高效进行。面对不同的气体组成情况，催化剂的针对性也需要相应调整，这要求催化剂具备在复杂氛围下仍保持较高活性。而且，目前用于生物质气化气的催化剂普遍针对甲烷转化且以制氢为目的。