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在以气体燃料为目标产物的生物质气化工艺中,副产物焦油的存在会导致气化系统的堵塞、腐蚀和设备的损坏,引起催化剂的失活,以及严重的环境污染等问题,是限制生物质气化技术发展和工业化的主要障碍。在各种焦油脱除技术中,催化裂解法被认为是一种较为有效的方法,寻求廉价易得、高效和高稳定性的焦油裂解催化剂成为解决该问题的关键。橄榄石是一种铁镁硅酸盐,对生物质气化过程中副产物焦油的裂解有一定的催化能力,因其具有较强的抗磨损性能而被广泛用于流化床气化器。本论文中制备了橄榄石和载镍橄榄石催化剂,对其进行表征实验分析其物化特性,并在小型固定床反应器上,测试了橄榄石和载镍橄榄石催化剂对焦油转化的催化性能。 实验以甲苯为焦油的模型化合物,研究了橄榄石催化剂对甲苯裂解的催化性能,考察了煅烧温度和煅烧时间对其催化剂性能的影响。用SEM、BET、XRD、H2-TPR等方法对催化剂的物化特性进行了表征。结果表明,橄榄石原矿煅烧后,Fe从其铁镁硅酸盐结构中脱离出来以氧化物的形式存在于其表面,并且催化剂表面可还原铁的含量随着其煅烧温度的升高而增多,较高可还原铁含量有利于催化剂活性的提高,然而煅烧温度过高会使橄榄石内部结构发生烧结,其比表面积减小,对甲苯裂解的催化活性降低。橄榄石催化剂较适宜的煅烧温度和煅烧时间是900℃、5h。 本文以900℃煅烧5h的橄榄石为载体,采用浸渍法制备载镍橄榄石催化剂。实验结果表明,煅烧橄榄石载镍后,其比表面积减小,对甲苯裂解的催化活性和抗积炭性能降低;并且镍会催化甲烷裂解生成更多的H2和积炭,导致甲苯催化裂解的气相产物中CH4含量减少、H2含量增多。 反应气氛中加入CO2,并用煅烧橄榄石作为甲苯/CO2重整的催化剂时,随着反应温度升高,甲苯转化率升高、积炭率降低;随着CCO2/CC7H8比(CO2和甲苯的质量比)增加,甲苯转化率先升高后降低,积炭率逐渐降低,在实验范围内,较佳CCO2/CC7H8比为1.91;反应温度为850℃,CCO2/CC7H8比为1.91时,甲苯转化率为91.4%、积炭率为16.9%。橄榄石催化剂载镍后,对甲苯/CO2重整反应的催化活性升高,但是抗积炭性降低,载镍量为5%时,甲苯的转化率和积炭率分别为99.3%和22.0%。 相比于甲苯/CO2重整反应,煅烧橄榄石催化剂对甲苯/H2O重整有更好的催化性能,相同反应温度下,甲苯转化率更高,积炭率更低;煅烧橄榄石作为甲苯/H2O重整的催化剂时,甲苯转化率和积炭率随着反应温度升高而升高;同样,随着S/C比(水和甲苯的质量比)增加,甲苯转化率先升高后降低,积炭率逐渐降低,较佳S/C比为0.73;反应温度为800℃,S/C比为0.73时,甲苯转化率为85.0%、积炭率为14.6%。相比橄榄石催化剂,载镍橄榄石催化剂对甲苯/H2O重整有更高的催化活性和抗积炭性能,相同反应条件下,5%镍/橄敢榄石为催化剂时,甲苯的转化率和积炭率分别为97.0%和5.8%。 最后采用熔融法制备了载镍橄榄石催化剂,并对其催化性能进行了测试。实验结果表明,熔融法制备的载镍橄榄石催化剂对甲苯/CO2重整反应也有很高的催化活性,反应温度为850℃时,甲苯转化率为99.5%。