[发明专利]一种生物质焦油蒸汽重整催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物质焦油蒸汽重整催化剂及其制备方法。该催化剂的制备方法步骤为：煤矸石灰焙烧后，置于硝酸溶液中常温下搅拌0～96h，过滤，滤渣用去离子水洗涤直至洗涤液pH值为6.5～7.5，将所得滤渣干燥后焙烧，得到活化后的煤矸石灰；将活化后的煤矸石灰加至预先溶解好的含助剂前驱体和硝酸镍的混合溶液，常温下搅拌12～15h，然后加热并继续搅拌直至溶剂蒸发完，将剩余固体物质干燥后焙烧，得到氧化态催化剂；将氧化态催化剂置于还原气氛中还原，即获得催化剂。本发明提供的催化剂制备过程简单、操作性强、成本低，稳定性好，具有非常明显的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质气化催化与固体废物利用技术领域，具体涉及一种生物质焦油蒸汽重整催化剂及其制备方法。

背景技术

生物质气化是生产可再生燃料和化学品的最有前途的技术之一。虽然近几十年来取得了重大的技术进步，但焦油仍然是迄今为止最具挑战性的问题。生物质焦油成分主要为芳烃和酚类可凝性化合物(如苯、甲苯、萘、苯酚等)。生物质气化过程焦油的形成可造成严重的结垢、腐蚀和堵塞问题，严重降低了气化产气的品质。

利用催化重整技术处理焦油问题是目前最有效且最先进的解决方案，因为催化剂可以大幅降低焦油转化为CO、H₂等小分子气体的活化能。其中天然矿石(橄榄石和白云石等)，镍基催化剂或非镍催化剂已被广泛研究，其目的是寻找一种廉价且高效的焦油重整催化剂。对于各种催化剂而言，助剂与载体的选择非常重要，因为催化剂的主要成分(载体、活性组分与助剂)之间的协同作用对催化剂的性能有较大的影响。传统的催化剂一般以Al₂O₃、MgO、SiO₂、沸石等为主，这些载体均来源于自然矿物资源的开采与提纯，成本相对较高。我国作为煤耗大国，目前煤矸石年排放量已超过2亿吨，煤矸石的处置问题已成为目前急需解决的问题。煤矸石的再利用不仅能解决其本身带来的环境问题，还能实现固体废物的高附加值利用，具有非常明显的社会、环境和经济效益。为此，本发明开发了一种基于煤矸石灰(CGA)的高效生物质焦油蒸汽重整催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效且廉价的生物质焦油蒸汽重整催化剂及其制备方法，以实现焦油的充分能源化，提高生物质气化过程的能量利用效率。

本发明的第一个目的是提供一种生物质焦油蒸汽重整催化剂的制备方法，包括以下步骤：煤矸石灰焙烧后，置于硝酸溶液中常温下搅拌0～96h，过滤，滤渣用去离子水洗涤直至洗涤液pH值为6.5～7.5，将所得滤渣干燥后焙烧，得到活化后的煤矸石灰；将活化后的煤矸石灰加至预先溶解好的含助剂前驱体和硝酸镍的混合溶液，常温下搅拌12～15h，然后加热并继续搅拌直至溶剂蒸发完，将剩余固体物质干燥后焙烧，得到氧化态催化剂；将氧化态催化剂置于还原气氛中还原，即获得催化剂。

优选，所述的生物质焦油蒸汽重整催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)煤矸石灰热活化：将煤矸石灰置于马弗炉中在800℃焙烧1～3h；

(2)煤矸石灰载体的化学活化：将步骤(1)得到的煤矸石灰按50～60g/L比例浸泡于2mol/L的硝酸溶液中，常温下搅拌浸泡0～96h，过滤，滤渣用去离子水洗涤直至洗涤液pH值为6.5～7.5，将所得滤渣置于100～110℃鼓风干燥箱中干燥18～24h，最后将干燥后的滤渣置于马弗炉中在500℃焙烧2～3h，得到活化后的煤矸石灰；

(3)活性组分的负载：将助剂前驱体和硝酸镍混合后溶于无水乙醇或去离子水制成浓度为0.5g/mL的溶液，然后加入步骤(2)得到的活化后的煤矸石灰，所述的硝酸镍占煤矸石灰的比重为75％，助剂前驱体中的金属原子与Ni原子的摩尔比为1:2～10，常温下搅拌12～15h，然后升温至80℃并继续搅拌直至溶剂蒸发完，将剩余固体物质置于100～110℃鼓风干燥箱中干燥18～24h，最后将干燥后的样品置于马弗炉中500℃焙烧2～3h，得到氧化态催化剂；