[发明专利]生物质热解气化多功能铁基催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种生物质热解气化多功能铁基催化剂及其制备方法。

背景技术

    随着化石能源的逐渐减少和日趋严重的环境问题，寻求和开发新的能源已经引起全世界的高度关注。生物质资源是唯一可再生的碳资源，因其资源丰富、可再生和碳零排放等特点引起人们的重视。生物质热解气化技术是生物质能清洁高效利用的途径之一，该过程可以获得以H₂、CO为主的合成气，进而可以通过合成气转化得到液体燃料和化学品。

在生物质热解气化过程中，主要产生以H₂、CO、CO₂、CH₄为主的气体，同时不可避免的产生焦油。其中，生物质气化得到的气体中CO₂的含量较高，为降低CO₂对于后续合成气转化过程效率和能耗的影响，需对CO₂进行原位吸收脱除。利用CaO等材料可以实现反应体系中CO₂的原位分离，其可行性已经在相关研究和技术开发中被证实。焦油的存在带来产气和能量损失，同时腐蚀设备、堵塞管道、污染环境，直接影响生物质热解气化技术的应用和发展。常用的水洗脱焦油技术需要消耗大量的水，并且极易造成严重的二次污染。焦油催化裂解法可以将焦油转化为可燃气体，既提高系统能量利用率，又彻底减少二次污染，是目前最有效的生物质热解气化焦油脱除方法。所用到的催化剂主要为天然矿石类催化剂、碱金属类催化剂和过渡金属（Fe、Ni等）类催化剂。其中Ni基催化剂价格昂贵，且在反应中容易因烧结和积碳热失活，而Fe基催化剂由于原料廉价、催化活性好受到研究者越来越多的关注。此外，生物质热解气化得到的气体中H₂/CO比一般低于1，而进行液体燃料合成过程，一般要求H₂/CO比达到2~3或者更高的氢含量，需通过研发催化剂调控化学反应获得适宜的H₂/CO比的合成气。

专利“一种生物质气化炉催化剂及生产方法”(CN1686606A) 公开了一种生物质气化炉催化剂及其生产方法，所述催化剂由凹凸棒石粘土、高铝矾土、氧化铁、氧化镁、氧化钙和无烟煤组成，经配料、搅拌、磨粉、造粒、烘干、筛分检测和包装为成品，其中焦油裂解率在75%以上。该方法采用简单的机械混合制备催化剂，各组分之间的相互作用较弱，容易造成活性金属的烧结，引起催化剂失活，降低焦油裂解率。专利“生物质气化焦油裂解复合催化剂及其制备方法”(CN101396660A)公开了一种生物质气化焦油裂解复合催化剂及其制备方法。所述催化剂主要由NiO、Fe₂O₃和白云石组成，在700^oC下焦油裂解率80~89%。该方法主要制备Ni基催化剂，其价格昂贵，且在反应中容易因烧结和积碳失活，焦油裂解率较低。

在上述专利中，主要提及焦油裂解催化剂的制备，并未提及催化剂对CO₂的吸收和H₂/CO比例的调节问题，而且焦油裂解催化剂普遍存在活性金属容易因烧结和积碳而失活，焦油裂解率较低的情况。

发明内容

    本发明的目的是提供一种新型、价格低廉、具有CO₂吸收、焦油裂解与H₂/CO比调节多功能的催化剂及其制备方法，可以应用于生物质热解气化过程中CO₂吸收、焦油裂解与H₂/CO比调节。

    本发明所述的催化剂是基于CaO对CO₂的强吸收能力，以及Fe基催化剂对焦油裂解和H₂/CO比的调节具有较佳反应活性的基础上，制备出具有CO₂吸收、焦油裂解与H₂/CO比调节多功能的催化剂。

本发明是通过下列方法实现的：一种生物质热解气化多功能铁基催化剂，其特征是它的组分含量以重量份计：氧化铁：5~15份，氧化铈：8~13份，氧化锆：7~12份，氧化钙：60~80份。

本方案的具体特点：生物质热解气化多功能铁基催化剂的组分含量以重量份计：氧化铁：15份，氧化铈：10份，氧化锆：10份，氧化钙：65份。