【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高温燃气净化，具体涉及一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
1、生物质气化技术能将生物质废弃物高效转化为可燃气体，用于分布式发电、热电联产、集中供热/供气和合成绿色燃料/化学品等过程，是当前可再生能源利用领域的研究热点。但是常规气化方式在焦油含量和含氮污染物排放等方面都难以达标，严重制约了生物质气化技术的产业化应用。
2、生物质燃气中的焦油是气化过程中的主要技术障碍，易引起下游工段和设备的结垢、堵塞和催化剂失活，还会极大地影响废水管理；生物质气化过程中产生的主要含氮污染物包括以下两类：1)还原态氮原子形式存在的nh3、hcn、焦油氮；2)氧化态氮原子形式存在的no、no2和n2o等nox污染物。这些含氮污染物会对发电、供气/供热、合成燃料/化学品等下游工段产生严重的不利后果，不仅会降低生产效率和产品质量，还严重影响生产安全。
3、zl201610156463.6提供了一种含氨废气的湿法脱氮方法及其使用的脱氮装置，将废气中的氨气溶解于吸收液转化为液相，再进入氮转化系统中经功能微生物污泥转化为氮气。该方法为湿法脱氨(氮)，反应设施与步骤较为繁琐，转化速度与能量效率相对较低。zl201610378537.0公开了一种生物质气化炉内原位脱除生物质粗燃气中含氮污染物的方法，利用生物质自身热解产生的hcn、nh3还原半焦氧化产生的nox、n2o，在生物质气化过程中催化生物质氮向氮气定向转化。但该工艺中所需的氧化区温度和还原区温度均在800℃以上，所需能量更高，
4、上述专利均是在生物质、煤炭气化或者燃烧过程中或是在产气过程结束后针对焦油和含氮污染物的处理方法，并不能做到原位脱除污染物，需要额外的工艺设备来达成目的，从而导致工艺复杂度与操作成本提高，限制了设备的处理能力，难以达到生物质高效与低成本利用的目的。
5、因此，急需开发能高效原位去除焦油和含氮污染物的工艺。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法及其应用。
2、本专利技术是通过下述技术方案进行实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将含水的木质纤维素类生物质破碎成粉状，得生物质湿粉；
5、(2)将步骤(1)所得生物质湿粉与催化剂原粉混合均匀，制成圆柱形的生物质混配成型颗粒；所述催化剂原粉通过钾源、铁源、钙源混合得到，所述催化剂原粉中钾元素、铁元素和钙元素的摩尔比为1：(0.3～0.6)：(0.1～0.3)；
6、(3)将步骤(2)所得生物质混配成型颗粒在水蒸汽气氛下，700℃～750℃煅烧，即得所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂。
7、本专利技术选用木质纤维素类生物质作为生物炭原料，此类生物质作为催化剂载体具有较发达孔隙结构、较好的孔径调节能力、高热稳定性等优点，进一步地，选用k-fe-ca复配，fe作为催化脱除反应的主要催化活性位点，k和ca的掺入能够降低fe的初始活性温度，并改进催化剂的结构特点和耐氨特性；此外，金属之间的耦合作用能够扩大生物炭的比表面积，有效提高催化性能。本专利技术通过对浸渍金属后的生物质颗粒进行热解处理，该混配成型-热解法可以利用碳载体负载金属纳米颗粒的锚定效应和k/ca对fe的异质原子掺杂效应，将金属铁纳米颗粒的尺寸进行有效的控制，并进一步强化了铁纳米颗粒的分散性与高温稳定性，减少活性组分在高温下的团聚与失活，有利于催化剂的吸附与再生和性能维持。本专利技术催化剂可在接近生物质气化炉出口的燃气温度下(500℃～600℃)，将生物质粗燃气中的焦油定向转化富氢燃气，微量含氮污染物选择性转化为无害的氮气和氢气；既解决了fe基催化剂在长期高温条件下的催化活性衰退问题，又实现了同步原位脱除粗燃气中焦油和含氮污染物的技术瓶颈。
8、常规地，所述步骤(1)中，所述木质纤维素类生物质指包含木质素、纤维素、半纤维素三大素的生物质废弃物，例如小麦秸秆、玉米芯、玉米秸秆、中药渣等，本专利技术通过研究发现，常规的木质纤维素类生物质均能适用本专利技术催化剂的制备。
9、优选地，所述木质纤维素类生物质包括小麦秸秆、玉米芯、玉米秸秆、中药渣中的至少一种。
10、作为本专利技术所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，所述木质纤维素类生物质的含水量为20wt％～65wt％。
11、优选地，所述步骤(1)中，所述生物质湿粉的粒径不超过8mm。
12、若生物质原料含水量低于20wt％，可能会导致在生物质湿粉与催化剂原粉搅拌混合这一过程中催化剂原粉不能充分均匀的分散在生物质粉中；若生物质原料含水量高于65wt％，可能会导致在颗粒成型过程中产出的颗粒密度减小，紧密度与强度变差，因此，木质纤维素类生物质的含水量为20wt％～65wt％时，制得的催化剂性能更好，此外，破碎后，生物质湿粉的最大粒径需不超过8mm，否则可能导致催化剂原粉与生物质湿粉混合不均匀。
13、作为本专利技术所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述钾源包括草木灰、氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾中的至少一种；所述铁源包括铁矿石、氧化铁、碳酸铁、氢氧化铁中的至少一种；所述钙源包括生石灰、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙中的至少一种。
14、本专利技术催化剂的金属源可采用上述廉价易得的物质，有效节能减排。
15、优选地，所述步骤(2)中，所述催化剂原粉通过钾源、铁源、钙源与水混合，粉碎得到，所述催化剂原粉的粒径<10目，含水量≤25wt％。
16、作为本专利技术所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，生物质湿粉与催化剂原粉的混合物中，钾元素的含量为1.0wt％～5.0wt％，铁元素的含量为2.0wt％～5.0wt％，钙元素的含量为0.5wt％～3.5wt％。
17、优选地，所述步骤(2)中，通过湿法成型挤出制得圆柱形的生物质混配成型颗粒。
18、优选地，所述步骤(2)中，所述圆柱形的生物质混配成型颗粒的直径为8mm～12mm、长度为20mm～50mm。
19、圆柱形的生物质混配成型颗粒使用过程中较为方便，抗压强度也更好，并且，圆柱形的颗粒具有更高的表面积，更有利于反应过程中颗粒与气化介质的接触以及高比表面积生物炭的形成。
20、优选地，所述步骤(2)中，生物质湿粉与催化剂原粉的混合物的含水量为20wt％～40wt％。
21、作为本专利技术所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，所述水蒸汽气氛中的氧气的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述木质纤维素类生物质的含水量为20wt％～65wt％。
3.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述钾源包括草木灰、氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾中的至少一种；所述铁源包括铁矿石、氧化铁、碳酸铁、氢氧化铁中的至少一种；所述钙源包括生石灰、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，生物质湿粉与催化剂原粉的混合物中，钾元素的含量为1.0wt％～5.0wt％，铁元素的含量为2.0wt％～5.0wt％，钙元素的含量为0.5wt％～3.5wt％。
5.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述水蒸
6.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述煅烧的时间为30min-90min；所述水蒸汽的质量为所述生物质混配成型颗粒质量的25％～100％。
7.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)所得原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂为圆柱形，其直径为6mm～8mm、长度为15mm～35mm。
8.权利要求1-7任一项所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法制得的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂。
9.权利要求8所述原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂在生物质粗燃气处理中的应用。
10.一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述木质纤维素类生物质的含水量为20wt％～65wt％。
3.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述钾源包括草木灰、氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾中的至少一种；所述铁源包括铁矿石、氧化铁、碳酸铁、氢氧化铁中的至少一种；所述钙源包括生石灰、氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油和含氮污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，生物质湿粉与催化剂原粉的混合物中，钾元素的含量为1.0wt％～5.0wt％，铁元素的含量为2.0wt％～5.0wt％，钙元素的含量为0.5wt％～3.5wt％。
5.根据权利要求1所述的原位脱除生物质粗燃气中焦油...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎林，于志浩，朱虹宇，陈文威，阴秀丽，吴创之，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。