生物質(zhì)焦油水蒸氣重整制氫催化劑的研究.pdf

1、本文以制備具有良好活性的生物質(zhì)焦油水蒸氣重整制氫催化劑為目的，采用凹凸棒石為催化劑載體，利用共沉淀/吸附法制備了Ni-Fe/凹凸棒石和Ni-Fe-AI/凹凸棒石兩類催化劑。分別考察了它們?cè)诘蜏?00～600℃、高溫700～800℃下的固定床杏核焦油水蒸氣重整性能，以確定適宜的催化劑制備條件及使用條件。著重揭示生物質(zhì)焦油水蒸氣重整催化劑的活性、催化劑結(jié)構(gòu)、反應(yīng)溫度之間的聯(lián)系。此外，實(shí)驗(yàn)還對(duì)石英砂、橄欖石、白云石、NiO/橄欖石和工業(yè)Z40

2、9催化劑進(jìn)行了對(duì)比考察。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 600℃煅燒的Ni-Fe/凹凸棒石催化劑表現(xiàn)出良好的低溫活性和抗積碳能力，該類催化劑適用于生物質(zhì)氣化過(guò)程下游固定床焦油脫除或調(diào)整產(chǎn)品氣組成作用。在500℃、質(zhì)量空速為0.63 h-1、水碳比(S/C)為4.3的條件下，焦油的碳轉(zhuǎn)化率達(dá)92.1％。在連續(xù)5h的實(shí)驗(yàn)中，催化劑沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何失活現(xiàn)象，相同條件下工業(yè)Z409催化劑的壽命僅為90分鐘。焦油產(chǎn)氣組成為：69.1vol％H2，0

3、.5 vol.％CH4，3.5vol.％CO，26.8 vol.％CO2。對(duì)比試驗(yàn)表明，Ni-Fe/凹凸棒石催化劑較大的比表面積(146.9 m2/g)和合適的孔徑分布有利于提高催化劑在低溫下的活性和消除內(nèi)擴(kuò)散影響，然而這種影響在高反應(yīng)溫度下變得不是十分明顯。制備條件考察中發(fā)現(xiàn)，煅燒溫度對(duì)催化劑活性影響比較嚴(yán)重，理想的煅燒溫度為600℃，合適的載鎳量為22-28wt％，助劑鉀的添加對(duì)催化劑的活性影響不大，但鐵的添加影響較大。工藝條件中水

4、碳比(S/C)比、空速對(duì)低溫Ni-Fe/凹凸棒石催化劑的活性影響較大，適宜的S/C為1.5-3.5，催化劑的使用質(zhì)量空速不易大于0.63 h-1。 為了增加Ni-Fe/凹凸棒石在高溫下的熱穩(wěn)定性，催化劑進(jìn)行了引入結(jié)構(gòu)型助劑鋁的改良。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，900℃煅燒的Ni-Fe-Al/凹凸棒石催化劑在高溫下表現(xiàn)出更好的催化活性和熱穩(wěn)定性，該類催化劑適合于生物質(zhì)氣化爐中焦油的原位催化裂解反應(yīng)。在反應(yīng)溫度為800℃下，含鎳量10.5wt％的Ni

5、-Fe-AI/凹凸棒石催化劑活性幾乎與Z409相同，焦油碳轉(zhuǎn)化率為94.1％。焦油產(chǎn)氣組成為：68.0vol.％H2，0.6 vol.％CH4，11.3 vol.％CO，20.0 vol.％CO2。鋁的添加大大增加了Ni-Fe/凹凸棒石催化劑的熱穩(wěn)定性。不同的煅燒溫度考察表明，以900℃煅燒的催化劑催化效果最佳。XRD表明催化劑900℃煅燒下形成了穩(wěn)定的鎳鋁尖晶石和易還原的立方體鎳晶共存的結(jié)構(gòu)，保持二者的比例合理是實(shí)現(xiàn)催化劑低溫可還原性