鎳基催化劑催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)焦油典型組分的研究.pdf

1、對于生物質(zhì)氣化技術(shù)，焦油的存在是限制其大規(guī)模應(yīng)用的主要問題。焦油不僅會(huì)堵塞管道和腐蝕設(shè)備，還會(huì)造成能量浪費(fèi)與環(huán)境污染。因此，如何高效脫除焦油成為亟待解決的問題。在眾多焦油脫除方法中，催化轉(zhuǎn)化法是十分理想的選擇。因?yàn)槠淇蓪⒋蠓肿咏褂娃D(zhuǎn)化成小分子可燃?xì)怏w，既能脫除焦油，又能增加燃?xì)猱a(chǎn)量。但是由于生物質(zhì)氣化具有多種方式，而且每種方式的操作過程都不相同，所以在每種氣化過程中對焦油進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化的具體操作方法也會(huì)有所不同。目前生物質(zhì)氣化技術(shù)中最為常

2、用的是空氣氣化和干餾氣化，所以本文分別針對兩種氣化過程產(chǎn)生的焦油開展催化轉(zhuǎn)化研究。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.生物質(zhì)空氣氣化焦油的催化轉(zhuǎn)化
　　對于焦油的催化轉(zhuǎn)化，催化劑的選取至關(guān)重要。在各種催化劑中，綜合考慮催化效果和經(jīng)濟(jì)性后，鎳基催化劑是十分理想的選擇。但常規(guī)鎳基催化劑會(huì)因積碳的生成而導(dǎo)致快速失活，極大地縮短了其使用壽命?；诖嗽?，在對前人研究工作進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，將CeO2作為助劑添加到常規(guī)鎳基催化劑（Ni/γ

3、-Al2O3）中。并以甲苯（典型焦油模型化合物）為研究對象，在自行設(shè)計(jì)的常規(guī)催化水蒸氣重整裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分別考察了反應(yīng)溫度、CeO2負(fù)載量及水/碳比對甲苯轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)氣組成及積碳生成的影響。結(jié)果表明，催化劑的活性和抗積碳能力會(huì)因CeO2的存在而得到明顯提高，且會(huì)隨著CeO2負(fù)載量的增大而得到進(jìn)一步增強(qiáng)。當(dāng)使用Ni-CeO2(3w％)/γ-Al2O3催化劑，在反應(yīng)溫度為850℃、水/碳比為3時(shí)，甲苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90.4％，且催化劑的積碳量

4、僅為0.42wt％。
　　由于使用Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑時(shí)所得到的甲苯轉(zhuǎn)化率還有待提高，所以使用性能更為出色的介孔材料SBA-15作為載體，制備了一系列Ni-CeO2/SBA-15催化劑，并在評價(jià)Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，使用SBA-15作為載體時(shí)，催化劑的活性和抗積碳能力都會(huì)得到進(jìn)一步提高。當(dāng)使用Ni-CeO2(3wt％)/SBA-15催化劑，在反應(yīng)溫度為850℃、水/碳比為3

5、時(shí)，甲苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98.9％，且催化劑的積碳量僅為0.01wt％。此外，該催化劑在29小時(shí)的穩(wěn)定性測試中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性及較強(qiáng)的抗積碳能力。
　　為了降低焦油水蒸氣重整所需溫度，并進(jìn)一步抑制積碳的生成，在常規(guī)催化水蒸氣重整工藝中引入了“電催化”技術(shù)。以甲苯、苯、1-甲基萘和空氣氣化焦油為研究對象，使用Ni-CeO2/γ-Al2O3催化劑在自行設(shè)計(jì)的電催化水蒸氣重整裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該工藝可在降低甲苯水蒸氣重整所需溫度的

6、同時(shí)顯著提高甲苯轉(zhuǎn)化率，并能有效抑制積碳的生成。在電流為4A、反應(yīng)溫度為800℃、水/碳比為3時(shí)，甲苯轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到99.9％，且催化劑積碳量僅為0.10wt％。此外，在24小時(shí)的穩(wěn)定性測試中，甲苯、苯和空氣氣化焦油的轉(zhuǎn)化率可分別保持在99％、98％和95％左右，而1-甲基萘的轉(zhuǎn)化率卻只能維持在83％左右。
　　2.生物質(zhì)干餾氣化焦油的催化轉(zhuǎn)化
　　與空氣氣化相比，干餾氣化的最大特點(diǎn)是在惰性氛圍中進(jìn)行的，沒有氧化介質(zhì)存在，所

7、以可將炭基材料作為鎳基催化劑的載體?；诖嗽?，以活性炭為載體，創(chuàng)新性地制備了一種高效的NiO/活性炭復(fù)合催化劑。并在自行設(shè)計(jì)的兩級(jí)固定床反應(yīng)裝置上對稻殼干餾氣化焦油進(jìn)行熱裂解和催化裂解實(shí)驗(yàn)，考察了反應(yīng)溫度和NiO負(fù)載量對焦油催化轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，熱裂解可以轉(zhuǎn)化部分輕質(zhì)焦油，但是難以轉(zhuǎn)化重質(zhì)焦油。而在使用NiO/活性炭催化劑進(jìn)行催化裂解時(shí)，輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油都可以得到有效裂解，并能增加H2和CO2的產(chǎn)率。與無裂解時(shí)相比，在700℃使