[发明专利]一种利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法

说明书

本发明涉及焦油催化重整技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法。本发明提供的利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法，包括如下步骤：将含甲苯的原料气、二氧化碳气体通入装有催化剂的低温等离子体反应器中，在催化剂存在的条件下进行催化重整反应，制备得到合成气；所述催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分为镍和铁，载体为铝镁混合氧化物。本发明提供的利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法通过催化剂和低温等离子体反应器的协同作用，有效提高了甲苯的原料气、二氧化碳气体的转化率和产物氢气和一氧化碳的选择性。

技术领域

本发明涉及二氧化碳催化重整焦油技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法。

背景技术

当前世界的能源结构主要依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，但化石燃料为非可再生资源，随着社会的不断增长，会不断地衰竭，这不仅仅造成了严重的能源危机，还会造成CO₂的大量排放，造成温室效应。

生物质能作为一种重要的可再生能源，被专家一致认为是继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源。与水力资源、风能、地热能和波能等可再生资源不同，生物质能是唯一一种可以转化为液体和气体燃料的能源。并且来源广、环境影响小以及可持续利用，在未来，有望替代石油，解决人类资源危机。生物质气化产生合成气是未来产生生物质资源化最为有效的方式之一，具有广阔的前景。然而，在生物质的热解气化过程中，不可避免会产生一种棕黑色粘稠状液体——焦油。焦油的成分复杂、不仅会堵塞下游管道，对环境造成污染，危害人的身体健康，还会降低生物质气化的能源效率，造成能量的损失。焦油的主要成分主要有苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚等有机成分，其中苯占总量的37.9％、甲苯占总量的14.3％、二甲苯占总量的13.9％、苯乙烯占总量的9.6％、酚占总量的7.8％。

现有去除焦油方式有很多种，包括焦油的直接裂解去除和重整转化去除，可将焦油转化为合成气(H₂+CO)，不仅可用于直接燃烧发电，还可作为费托燃料、甲醇、二甲醚等化学品合成的原料。目前，大部分的研究主要集中在焦油的水蒸气重整，很少有报道采用CO₂作为焦油的重整剂。而采用CO₂作为重整剂催化焦油重整，可促进CO的生成，达到碳循环利用的目的。且CO₂和焦油一样同属生物质气化的副产物，分开处理无疑在经济上是不合理的。焦油与CO₂共重整可同时处理生物质气化过程中产生焦油及CO₂的问题，有望于未来实现工业化应用。低温(非平衡)等离子体技术(NTP)能够在低温下促进热动力学不利反应的发生和进行，减少能量的输入，因此成为一项具有前景的替代技术。NTP的总体温度较低，甚至可达室温，但其电子温度可高达20000K，加速的电子、离子和自由基能够直接活化C-H键，而无需将反应器加热到较高的温度。但NTP技术的弊端在于其存在较多的副反应，比如会产生大量的副产物，从而导致产品的选择率较低。现有技术中将NTP技术和常规金属催化剂(如镍基催化剂)结合使用虽然可以在一定程度上提高产物的选择性，然而提升幅度有限，无法有效满足工业化生产要求。

发明内容

本发明的目的在于克服采用低温等离子体技术和常规金属催化剂(如镍基催化剂)结合使用虽然可以在一定程度上提高产物的选择性，然而提升幅度有限的缺陷，进而提供一种利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法。

本发明提供一种利用二氧化碳催化重整制备合成气的方法，包括如下步骤：

将含甲苯的原料气、二氧化碳气体通入装有催化剂的低温等离子体反应器中，在催化剂存在的条件下进行催化重整反应，制备得到合成气；

所述催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分为镍和铁，载体为铝镁混合氧化物。

优选的，以质量分数计，所述催化剂中活性组分的质量占比为21-25wt％，镍和铁的摩尔比为(0.96-2.2)：(0.4-1.38)，优选的，镍和铁的摩尔比为4:1；