[发明专利]多功能金属催化剂在生物质催化热解过程中的应用方法

说明书

一种多功能金属催化剂在生物质催化热解过程中的应用方法，其特征是它包括如下步骤：（a）将制备的多功能金属催化剂进行压片、粉碎、筛分，得到粒度为20~100目的催化剂粉末；（b）在固定床反应装置一级反应器中装填生物质物料，在二级反应器中装填上述制备好的20‑100目粒径的催化剂粉末，通入N₂将反应装置中空气排出，同时将反应器升温至设定温度，生物质物料在700‑900℃温度下热解，产生的热解蒸气在50mL/min的N₂携带下于600‑900℃在催化剂表面催化裂化。

本申请是申请日为2016年7月18日，申请号为2016105635397，名称为多功能金属催化剂及制备和应用方法的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于能源化工领域，更具体地说是涉及一种用于生物质催化热解的Al₂O₃为载体，主活性组分为CoFe合金、添加CaO作为CO₂吸收剂及助催化剂的多功能金属催化剂及制备和应用方法。

背景技术

生物质热解气化技术具有效率较高、原料适应性强、设备简单、投资较低的优点，是生物质能源转化技术的重要方面，也是清洁高效利用生物质能的有效途径之一。生物质在热解过程中，主要产生H₂、CO、CO₂、CH₄等气体，其中还有部分有机（焦油）和无机不纯物和颗粒。焦油的存在不仅导致产气率和热效率降低，在低温时还会凝结为液态，容易与水和灰尘结合从而堵塞和腐蚀设备。此外，生物质热解气化得到的气体中H₂/CO比一般低于1，而液体燃料合成过程一般要求H₂/CO比达到2-3或者更高的富氢水平；同时，为降低气化气中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。因此，生物质热化学转化过程需要同时解决焦油大分子深度转化、CO₂脱除、H₂和CO比例调整三个问题。

采用先进催化材料对生物质热解蒸气进行在线催化裂解使大分子焦油类裂化生成短链中间产物，同时产生更多的H₂、CO、CO₂等合成气，既提高气化效率，又实现对合成气组分的在线调整，是提高生物质利用率，彻底减少二次污染的一种最有效的方法。目前，国内外对生物质催化热解的研究主要集中在催化剂的选取上，所用到的催化剂主要有天然矿石类催化剂、碱金属类催化剂和过渡金属基催化剂。然而，单纯的依靠某种单一催化剂催化裂解生物质热解过程中的有机大分子以期同时解决焦油转化、CO₂脱除、H₂/CO比调整等问题，效果都不是非常理想，制备出多种活性组分相叠加的多功能催化剂势在必行。

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，用于各种生物质气化炉或煤气炉中的热裂解除焦，除焦效率为75%，然而，该专利并未提及催化剂对CO₂的吸收和H₂/CO比例的调整问题。

专利“生物质热解气化多功能铁基催化剂及其制备方法”(CNIO3394356A)公开了一种生物质气化多功能铁基催化剂及其制备方法，所述催化剂采用浸渍法制备，由氧化铁、氧化钙、氧化铈、氧化锆组成，在CO₂吸收、H₂/CO比调整、和焦油裂解方面具有一定的活性。其不足之处在于，主活性组分氧化铁在催化剂中负载量较低，最高为15%，该催化剂虽然在700℃表现出很高的活性，但在高温（800℃以上）反复使用过程中容易逐渐失活，其原因主要是浸渍法制备的催化剂各组分之间的相互作用较弱，在高温条件下较高含量活性组分会发生迁移长大而导致催化剂烧结、活性降低。