一种复合金属氧化物催化剂和利用生物质裂解油制氢的方法技术

技术编号:15699408 阅读:205 留言:0更新日期:2017-06-25 01:25
本发明专利技术属于生物质制氢领域,尤其涉及一种复合金属氧化物催化剂和利用生物裂解油制氢的方法。本发明专利技术提供的复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:NiO 20~25份;过渡金属氧化物8~15份;镧系氧化物5~9份;MgO 5~7份;γ-Al

Composite metal oxide catalyst and method for producing hydrogen by using biomass cracking oil

The invention belongs to the field of biomass hydrogen production, in particular to a composite metal oxide catalyst and a method for producing hydrogen by using biological cracking oil. Composite metal oxide catalyst provided by the invention, by weight, including: NiO from 20 to 25; 8 to 15 portions of transition metal oxides; lanthanide oxide 5 - 9; MgO 5 ~ 7; gamma -Al

【技术实现步骤摘要】
一种复合金属氧化物催化剂和利用生物质裂解油制氢的方法
本专利技术属于生物质制氢领域,尤其涉及一种复合金属氧化物催化剂和利用生物裂解油制氢的方法。
技术介绍
能源是人类生存和社会经济可持续发展的重要支柱。随着能源需求和环境保护的压力迅速增长,利用可再生的生物质能受到人们极大的关注。生物质是一种环境友好的、可再生的和产量丰富的能源和资源。鉴于生物质的分散性、组分的复杂性、热值低、不易存贮和输送,必须将热值低的生物质经济地转化成高热值形式加以利用。目前的生物质转化技术成本还无法与化石能源相竞争,如何高效、清洁和经济地利用生物质内蕴含的巨大能量仍然是一个急需解决的问题。氢气可应用于交通燃料、发电、合成氨工业、催化加氢过程中使用的氢源和燃料电池中使用的燃料等领域。氢气具有高热值、高热效率和无污染的优势,而生物质产氢是最具发展潜力的一种可再生的新能源。生物热裂解油(简称生物裂解油)是由生物质经快速热裂解液化过程产生的主体产物,生物裂解油是一种复杂的有机液体混合物,其元素组分主要包括碳、氢和氧,生物裂解油的化学组成相当复杂,分析发现的有机物种已达到上百种化合物,包括酸、醇、醛、酮、脂、酚、醣、呋喃、芳香低聚物和其它含氧有机物,由于粗生物裂解油含氧量极高(40-50wt%),过高的氧含量给生物裂解油的应用带来一系列问题(如热稳定性差、热值低和低挥发性等),此外,粗生物裂解油具有相当的腐蚀性,必须经过精炼才能转化为优质燃料。利用生物裂解油制氢的优点在于:生物裂解油具有易收集、易存储和易运输方面的优势;与生物质直接气化相比,生物裂解油更容易通过水蒸汽催化重整制取较高的氢气产率和较高氢/碳比的富氢合成气,纯化后可获得纯氢。现有技术中,生物裂解油制氢在理论研究与技术开发尚处于初级阶段。目前常规的利用生物裂解油制氢的方法是水蒸气催化重整法,一般是将催化剂装在固定床或者流化床催化反应器中,然后将生物裂解油和水蒸气通入催化反应器,并利用外加热炉加热催化反应器进行生物裂解油催化重整反应。该方法的不足是:所需重整反应温度高,如使用除贵金属以外的常规镍基重整催化剂,一般需在650℃以上。因此,其整个生物裂解油制氢过程中能耗大,并且效率较低。鉴于上述情况,如何克服现有技术的缺陷,降低重整制氢能耗是目前生物质产氢过程中的需要解决的关键难题。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种复合金属氧化物催化剂和利用生物裂解油制氢的方法,本专利技术提供的方法可以在较低反应温度下实现生物质裂解油催化制氢,从而降低制氢能耗。本专利技术提供了一种复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:所述过渡金属氧化物包括CoO和/或Fe2O3;所述镧系氧化物包括LaO2和/或CeO2。优选的,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:本专利技术提供了一种利用生物质裂解油制氢的方法,包括以下步骤:a)、生物质裂解油和水在上述技术方案所述的复合金属氧化物催化剂存在下进行反应,得到氢气。优选的,所述生物质裂解油和水的质量比为1:(3~5)。优选的,所述步骤a)为:生物质裂解油、水和氧气在所述复合金属氧化物催化剂存在下进行反应,得到氢气。优选的,所述氧气中氧原子与所述生物质裂解油中碳原子的摩尔比为(0.1~1.0):1。优选的,步骤a)中,所述生物裂解油和水先预热到200~350℃,再和氧气在所述复合金属氧化物催化剂存在下进行反应。优选的,所述反应的温度为350~600℃。与现有技术相比,本专利技术提供了一种复合金属氧化物催化剂和利用生物裂解油制氢的方法。本专利技术提供的复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:NiO20~25份;过渡金属氧化物8~15份;镧系氧化物5~9份;MgO5~7份;γ-Al2O350~61份;所述过渡金属氧化物包括CoO和/或Fe2O3;所述镧系氧化物包括LaO2和/或CeO2。本专利技术提供的利用生物裂解油制氢的方法包括:a)、生物质裂解油和水在上述技术方案所述的复合金属氧化物催化剂存在下进行反应,得到氢气。本专利技术通过对生物质裂解油催化重整反应过程中采用的催化剂成分进行优化,降低了生物质裂解油催化重整反应的温度,从而降低生物质裂解油制氢的能耗。在本专利技术的优选实现方案中,在生物质裂解油催化重整反应过程中加入氧气,氧气的加入可使生物质裂解油氧化放热反应,而这部分热量可为生物质裂解油重整反应提供热能,从而降低生物质裂解油催化重整反应过程中的外部供热量,进一步降低生物质裂解油制氢的能耗。实验结果表明,采用本专利技术提供的方法进行生物质裂解油制氢时,其反应温度为350~600℃,生物质裂解油转化率最高可达97.8%,氢气产率最高可达12.86g/(100g生物质裂解油)。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:所述过渡金属氧化物包括CoO和/或Fe2O3;所述镧系氧化物包括LaO2和/或CeO2。本专利技术提供的复合金属氧化物催化剂包括NiO、过渡金属氧化物、镧系氧化物、MgO和Al2O3,其中,所述NiO在复合金属氧化物催化剂中的含量为20~25重量份,优选为20.3~24.8重量份;所述过渡金属氧化物包括CoO和/或Fe2O3;所述过渡金属氧化物在复合金属氧化物催化剂中的含量为8~15重量份,优选为8~10重量份,更优选为8.1~9.9重量份;所述镧系氧化物包括LaO2和/或CeO2;所述镧系氧化物在复合金属氧化物催化剂中的含量为5~9重量份,优选为6~8重量份;所述MgO在复合金属氧化物催化剂中的含量为5~7重量份,优选为5.2~6.9重量份;所述γ-Al2O3的粒径优选为2~3mm;所述γ-Al2O3的比表面积优选为200~220m2/g;所述γ-Al2O3的密度优选为0.6~0.7g/cm3;所述γ-Al2O3的孔体积优选为0.4~0.5ml/g;所述γ-Al2O3在复合金属氧化物催化剂中的含量为50~61重量份,优选为50.6~60.4重量份。在本专利技术提供的一个实施例中,所述γ-Al2O3的型号KA405,该型号的γ-Al2O3优选由萍乡市中天化工填料有限公司提供。在本专利技术提供的一个实施例中,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:在本专利技术提供的另一个实施例中,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:在本专利技术提供的其他实施例中,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:在本专利技术提供的其他实施例中,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:在本专利技术提供的其他实施例中,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:在本专利技术中,所述复合金属氧化物催化剂优选还包括粘结剂,所述粘结剂优选为高岭土和/或田精粉。在本专利技术中,所述复合金属氧化物催化剂的物理形态优选为颗粒,所述复合金属氧化物催化剂的粒径优选为60~80目。在本专利技术中,直接将镍源化合物、过渡金属源化合物、镧系金属源化合物、镁源化合物和Al2O3载体按比例在溶剂中混合均匀后进行焙烧,即可得到本专利技术提供的复合金属氧化物催化剂,该过本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:

【技术特征摘要】
1.一种复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:所述过渡金属氧化物包括CoO和/或Fe2O3;所述镧系氧化物包括LaO2和/或CeO2。2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述复合金属氧化物催化剂,以重量份数计,包括:3.一种利用生物质裂解油制氢的方法,包括以下步骤:a)、生物质裂解油和水在权利要求1~2任一项所述的复合金属氧化物催化剂存在下进行反应,得到氢气。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述生物质裂解油和水的质量比为1:(3~5)。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:李全新姜沛汶刘俊旭吴小平薛鹤朱丽娟张义恒金凤夏彤岩
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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