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随着化石燃料的短缺和环境问题的加剧,生物质作为一种清洁的可再生能源日益受到全世界的关注和重视,由生物质制备合成气进而合成液体燃料也成为众多学者关注的热点。目前,生物质气化和费托合成都已具有工业生产装置和成熟的生产工艺,生物质合成燃料的关键技术在于两段技术的匹配和集成,即生物质合成气的制备。
制备生物质合成气的气化粗燃气中的焦炭和焦油不仅堵塞送气管道,使气化设备的运行发生困难,甚至能引起催化剂的严重失活,目前已成为燃气高品位利用的瓶颈,特别是在液体燃料合成领域。因此生物质气化粗燃气的深度净化处理已引起国内外研究者的高度重视。目前,应用于生物质气化燃气净化的商业催化剂存在积碳严重、易失活、寿命短等问题,亟待寻找、开发新型高稳催化剂。为了提高催化剂的稳定性,本文采用共沉淀的方法制备了以CeO2和La2O3作为助剂的镍基催化剂,结合生物质模拟燃气净化特性和生物质燃气净化性能、生物质焦油典型组分萘的转化特性和生物质焦油的转化特性综合评价了自制镍基催化剂的重整净化性能并进一步探索了净化机理,得到如下结论:
1.CeO2和La2O3助催的镍基催化剂中镍晶粒均小于NiMgO催化剂,表明助剂CeO2和La2O3有利于提高催化剂中镍晶粒的分散,增加了催化剂表面活性位,进而提高了催化剂的活性及抗积碳性能。
2.结合模拟生物质燃气和真实燃气重整净化反应,得出:国产烃类蒸汽转化催化剂Z405具有良好的重整净化效果,其性质接近国外进口催化剂,适用于生物质燃气重整,但催化剂抗积碳性能差,寿命较短,与实际应用存在一定距离。自制未添加助剂的低含量镍基催化剂活性不高,随着重整温度的升高活性无显著改观;添加CeO2和La2O3助剂的催化剂低温((700℃)区活性不高,但随着温度的升高活性有明显提升,尤其以添加Ce的几种催化剂活性改变最为显著。同时自制镍基催化剂显示出优异的稳定性,镍含量较高的Ni0.10Mg0.90O和Ni0.10Mg0.89Ce0.010催化剂连续40个小时的实验未观察到活性明显下降。
3.自制NiMgO催化剂对模拟焦油萘和真实焦油均具有优异的催化重整净化性能,在其作用下,模拟焦油萘全部转化为H2、CO等不凝性气体,焦油组分的种类和含量也均大幅度的减少,且各组分残余量极小,残余物为μg/m3级的苯、甲苯、苯乙烯等物质,满足下游产品的生产要求,自制镍基催化剂显示出优异的催化重整净化特性。