改性FeDolBen催化的高温蒸汽生物质富氢气化及焦油裂解研究

At present, the irrational use of biomass is a major factor causing the energy shortage and the formation of haze in China. The gasification technology can convene biomass wastes into a clean gaseous fuel or synthetic gas raw material in an economic and environmental friendly manner. But it faces many problems in its development, especially to catalyze biomass steam gasification technology with low-cost minerals as catalyst has the characteristics of high gasification temperature, lower mechanical strength, easier to accumulate carbon, poorer activity and selectivity, and so on. All above, the study on mechanism of the catalytic reaction in theory is not deep enough at present. The project use cheap bentonite, dolomite and iron slag as raw material for the production of novel highly active porous catalyst (FeDolBen) and study its activity, stability, and catalytic selectivity and regeneration on catalyzing steam reforming reaction and tar cracking. At the same time analysis the thermodynamics and kinetics mechanism of FeDolBen catalytic reforming reaction and tar cracking combined with gas liquid solid three phase reaction process of catalyst properties, microscopic test of biochar and infrared spectral of tar, in order to explore a higher catalyst activity, stability and selectivity under lower temperature, and reduce energy consumption, Generate rich hydrogen, improve gasification efficiency, biomass conversion rate, and service life of the catalyst. It will provide theoretical basis and technical support for the promotion of the technology of steam gasification of biomass.

目前，生物质的不合理利用是造成我国能源紧张，形成城市雾霾的主要因素之一。气化技术能够将生物质(垃圾)转化为清洁的气体燃料或合成气原料，经济环保。但其发展面临诸多问题，基于廉价矿石催化的生物质蒸气气化存在反应温度高，催化剂机械强度低，易积碳，活性和选择性差等特点影响气化效果，目前对催化反应机理研究尚不够深入。本项目以膨润土为载体，白云石为主要活性组分，并负载一定量的褐铁矿粉研制活化催化剂(FeDolBen)，研究其对生物质水蒸气重整反应及焦油催化裂化的活性，稳定性，催化选择性及再生性。同时结合气液固三相反应过程对催化剂物性、生物炭微观测试及焦油的红外光谱分析FeDolBen催化重整反应及焦油裂解的热力学和动力学机理，旨在探寻在较低气化温度下有较高活性、稳定性和较强选择性的催化剂的同时，降低气化能耗，生成富氢气并提高气化效率和催化剂使用寿命，为生物质蒸气催化气化技术推广应提供理论及技术支持。

本项目科学问题源于国家重大能源战略之大力发展绿色低碳能源需求，而生物质作为一种环境友好能源在未来具有替代化石能源的潜质，被喻为可循环利用的绿色煤炭。催化气化技术能够将生物质转化为清洁气体燃料或合成气原料。但基于廉价矿石催化的生物质蒸汽气化存在反应温度高，催化剂机械强度低，易积碳等问题影响气化效果。. 项目充分利用内蒙古盛产白云石、褐铁矿、稀土等矿产及生物质资源丰富的地区优势。旨在通过改良白云石等矿石催化剂性能解决生物质高效催化气化技术瓶颈，促使基础研究成果走向应用。 . 按照研究计划，围绕研究内容及目标，以膨润土为载体，白云石为主要活性组分，并负载褐铁矿粉研制新型改性白云石催化剂(Fe-Dol-Ben)，确定了合理组分及制备方法。深入分析Fe-Dol-Ben对生物质催化重整反应及焦油裂解的热力学和动力学机理。在此基础上，探索负载稀土镧、铈元素研制Fe-La-Dol、Fe-Ce-Dol催化剂进一步优化改性白云石催化剂性能。. 经优化研制的改性白云石催化剂在较低气化温度下具有较高活性及稳定性，使用寿命较高。利用FeDolBen催化，气化温度为750℃时H2的体积分数达45%以上，富氢效果在气化温度降低100℃的条件下与白云石相近，有效降低了生物质气化能耗，节能潜力巨大。气化温度900～950℃左右时气化气中H2的体积分数达到50%以上，提高了富氢气化效率。通过负载镧、铈改性的白云石催化剂亦能有效抑制催化剂表面积碳生成并促进H2产率的提升。. 项目研究为生物质催化气化新型廉价高效矿石催化剂的研制提供了新思路和方法，研究成果投入低、产出高，绿色环保。项目成果具有技术创新优势，对矿石基催化剂的优选和改良具有重要指导意义。研制的新型改性白云石复合催化剂制作工艺简单、性能稳定、再生效果好，对改进催化气化技术，提高产品质量，以及生物质能源的清洁利用、减少碳排放具有重要价值，具有较好的市场推广应用潜力。