[发明专利]用于生物质焦油裂解的负载型掺杂镍基催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源化工领域，具体涉及生物质焦油催化裂解和重整过程的催化剂及其制备技术。

背景技术

能源危机和环境污染的双重压力，迫使人们不得不寻找洁净的可再生能源，生物质能作为可储存和运输的再生能源，其高效转换和洁净利用受到广泛关注。而生物质热转化与利用技术被认为是实现生物质能量转换的最有效途径，尤其是将其转化为气体燃料或气化发电，具有传输和使用方便、能源利用率高的优势。然而在生物质热转化为气体燃料或气化发电过程中，产品气中焦油的存在对设备和环境的危害，一直未能得到有效解决，并已成为生物质热转化与利用技术的主要障碍。目前应用于生物质燃气中焦油去除的方法，主要包括过滤或水洗等物理方法、高温裂解及催化裂解法。这些方法中，催化裂解在相对较低的温度下具有极高的焦油去除效率，同时能将焦油转化为可燃气，既能提高能源的利用效率，又能解决焦油污染难题，因而催化裂解被认为是最有效的焦油去除手段。

众多的材料被尝试用于生物质焦油催化裂解，其中镍基催化剂因具有较高的催化活性而得到广泛的关注，并成为最常用的一种焦油裂解催化剂。然而普通的商业镍基催化剂不仅生产成本高；而且在生物质热解和气化的高温环境下，易于积碳和高温烧结而迅速失活，不仅降低了催化剂的活性，而且严重缩短了催化剂的寿命。一般来说，镍基催化剂失活主要由以下因素引起：其一是生物质热解或气化的产品气中焦油含量过高时，焦油在催化剂表面裂解致使其表面积碳严重；其二是生物质热解和气化过程中的高温环境会导致镍基催化剂的烧结和相变及镍的挥发，导致镍基催化剂活性降低，寿命大大缩短。因此，为了防止催化剂表面积炭和高温烧结，必须对镍基催化剂进行掺杂改性，以提高其催化活性和抗失活能力，同时将活性组分负载到廉价载体上，可大大节省催化剂成本。因此，本发明将开发一种用于生物质焦油裂解的新型低成本的负载型掺杂镍基催化剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于生物质焦油裂解的负载型掺杂镍基催化剂，该催化剂不仅可以提高生物质气化燃气产率和热值，并可以有效防止催化剂在使用过程中因积碳和高温烧结而迅速失活，提高了催化剂的活性，降低了催化剂生产及使用成本。本发明要解决的另一技术问题是提供一种所述负载型掺杂镍基催化剂的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于生物质焦油裂解的负载型掺杂镍基催化剂，该催化剂以球形γ-Al₂O₃载体为内核，NiO、Fe₂O₃和La₂O₃三种金属氧化物作为活性组分被负载在球形γ-Al₂O₃载体表面，各组分重量百分比含量分别为：NiO为6.0-15.0wt％，Fe₂O₃为3.0-9.0wt％，La₂O₃为2.0-8.0wt％，余量为γ-Al₂O₃。

优选地，所述催化剂各组分的重量百分比含量为：NiO为8.0-12.0wt％，Fe₂O₃含量为5.0-8.0wt％，La₂O₃含量为3.0-6.0wt％，余量为γ-Al₂O₃。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

(1)三种金属盐溶液和均匀沉淀剂的准备：将镍盐、铁盐、镧盐和尿素用水溶解，搅拌，使之混合均匀，得到浓度均匀的混合溶液；

(2)沉积沉淀：将步骤(1)配制的均匀混合溶液转移至预先装有球形γ-Al₂O₃载体的容器中，密封，加热到100℃-125℃并维持2-3小时，得到棕褐色的球体；

(3)过滤、水洗和干燥：将步骤(2)的产物抽气过滤，水洗至中性且滤液无色，将水洗后的棕褐色球体进行干燥，以除去水分；

(4)煅烧成型：将步骤(3)干燥后得到的棕褐色球体进行煅烧，即得负载型掺杂镍基催化剂产品。

本发明制备方法所述的镍盐为硝酸镍或其水合物、或者氯化镍，铁盐为硝酸铁或其水合物，镧盐为硝酸镧或其水合物。

本发明制备方法所述的镍盐与镧盐的摩尔比为3∶1至8∶1，镍盐与铁盐的摩尔比为1.2∶1至4∶1。

本发明制备方法的干燥温度为90℃，干燥时间为6-12小时。