焦炉煤气是焦炉炼焦过程中的主要副产物,是一种优质的工业燃料和化工原料,焦炉荒煤气中因含有焦油等杂质而不能被直接使用,其中焦油占总煤气质量的30%左右,焦油在500℃以下容易聚合、结焦,导致管道堵塞、设备腐蚀、环境污染。为确保生产安全、符合清洁生产标准以及提高焦炉煤气的品质,在使用或进一步加工之前焦炉荒煤气需要进行净化提质处理。目前常用的焦油脱除方法是物理法,该方法会浪费焦油的显热且费用昂贵。近年来,研究者开展了化学法脱除焦油的研究。将焦油转化成小分子可燃组分,这样既可以有效脱除焦油,还可以将焦油转化为富氢合成气,焦油转化成的富氢合成气可直接用于高炉炼铁,以实现铁矿石的快速还原,一举两得。蒸汽催化重整方法是较经济、效率较高的焦油化学脱除方法,制备高效稳定的催化剂是该方法的核心。镍基催化剂是高效稳定的催化剂,但镍基催化剂易因表面积碳而失活,通过引入CO2吸附强化催化重整,可以有效吸附反应产生的CO2,防止积碳的生成,有效提高焦油转化率。在焦炉荒煤气的催化重整中,制备高效、稳定的催化剂是整个过程的关键。镍基催化剂可以有效去除焦油,CO2吸附剂的加入可以防止积碳的产生,提高转化率。分别制备催化剂、吸附剂,再进行混合,工艺繁琐且难以混合均匀。在前人的研究基础上,本文提出制备用于焦炉荒煤气重整与CO2吸附的耦合催化剂,该催化剂既有催化作用,同时加入了 CO2吸附剂,具有CO2吸附作用。本文的具体研究内容包括:第一,采用三种不同制备方法(共沉淀法、高温焙烧—浸渍法、溶胶凝胶—浸渍法)、五种煅烧温度(800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、三种煅烧时间(2h、4h、6h)、五种负载比例(CaO:C12A7:NiO=70:15:15、70:20:10、70:10:20、30:55:15、50:35:15)制备了 33 种催化剂,通过SEM、XRD对其物理性能进行了表征和测试;第二,对催化剂进行了吸附性能测试,优选出吸附性能最佳的催化剂;第三,进行焦油模化物催化重整实验,优选出催化性能最优的催化剂,并考察了反应条件对其催化性能的影响。得出的结论如下:(1)通过SEM、XRD对催化剂的物理性能进行了表征和测试,结果表明:采用共沉淀法制备的催化剂,在煅烧温度1000℃、煅烧时间4h、CaO:C12A7:NiO=70:15:15时,耦合催化剂的结构疏松,孔隙较多,且物相组成较好;采用高温焙烧—浸渍法制备的催化剂,在煅烧温度1000℃、煅烧时间4h、CaO:C12A7:NiO=70:15:15或70:20:10时,耦合催化剂的结构疏松,孔隙较多,且物相组成较好;采用溶胶凝胶法制备的催化剂,结构都比较紧密,孔隙都很少。(2)以CaO:C12A7:NiO=70:15:15的耦合催化剂为例,进行了吸附性能测试,考察了煅烧温度、煅烧时间、制备方法对耦合催化剂吸附性能的影响,结果表明:采用共沉淀法和高温焙烧—浸渍法时,耦合催化剂的吸附性能随着煅烧温度的升高先变好,后变差;采用溶胶凝胶—浸渍法时,耦合催化剂的吸附性能随着煅烧温度的升高变差。采用共沉淀法、在煅烧温度1000℃、煅烧时间4h下制备的耦合催化剂吸附性能最优,吸附后的质量分数可达151.7%。(3)对优选出的耦合催化剂进行了焦油模化物催化重整实验,考察了负载比例对耦合催化剂催化性能的影响和反应条件对催化重整反应的影响,结果表明,当CaO:C12A7:NiO=70:15:15时,耦合催化剂的催化性能最优,氢气可在100%浓度维持约18分钟,氢产率可达85%;通过热态实验考察了反应条件对重整反应的影响,结果表明,随着反应温度的升高,氢产率和氢气浓度先升高,后降低,750℃时氢产率最高;随着水碳比的增加,氢产率和氢气浓度逐渐升高,水碳比为12时氢产率最高;随着质量空速的降低,氢产率和氢气浓度逐渐升高,质量空速为0.055h-1时氢产率最高。在最佳反应条件下,氢气可在100%浓度维持约18分钟,氢产率可达86%。