一种用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂及其制备方法

本发明属于酿酒废弃物热解催化剂材料制备，具体地，本发明涉及一种用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、酒精工业和酿酒工业目前面临的最重要的难题是酿酒废弃物的处置。据报道，每生产1吨白酒约产生10吨酿酒废弃物，不仅造成资源浪费，而且还会污染环境。因此，如何快速消纳庞大的酿酒废弃物已成为迫在眉睫的问题。

2、目前，酿酒废弃物的处理方式主要包括生产饲料和有机肥以及焚烧处理，然而利用酿酒废弃物生产的饲料其营养价值与肥效较低；生产的有机肥养分含量不高，体积大，储运施用不便；而焚烧处理因可能会产生二噁英以及氮氧化物排放超标而被禁止。因此，寻求安全、合理、有效的酒糟废弃物处置方式对于酒精行业的健康发展具有深远意义。

3、近年来，随着催化热解技术的不断发展与成熟，通过以催化热解技术为代表的热化学能源化及资源化技术，可以有效消除产生二噁英以及氮氧化物的风险，从而实现酿酒废弃物的减量化、无害化、资源化，已经成为酿酒废弃物等生物质固废处置的重要发展趋势之一，尤其是通过催化热解气化生物质制备生物合成气的研究已经引起了广泛关注。且由于酿酒废弃物中富含大量有机质，若能开发和利用，不仅能避免酿酒废弃物对环境的污染，且还能实现酿酒废弃物的资源化利用，具有重要意义。然而，传统的生物质催化热解过程中所使用的催化剂催化效果较差，进而导致合成气的产率较低，并且合成气中氢气和甲烷的比例也相对较低，从而导致其燃烧热值降低，进而限制了催化热解合成气的进一步实际应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种性能优良、制备条件友好，尤其是在催化热解酿酒废弃物转化合成气方面有高气体产率、高有效组分浓度和高合成气热值的金属单质负载型催化剂。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提出了一种用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，所述催化剂包括载体和负载在所述载体上的金属单质；其中，所述载体为γ-al2o3，所述金属单质为ni、fe、mg中的任一种。

4、本发明实施例通过在γ-al2o3载体上负载金属单质获得可以用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，其中，所负载的金属单质可以调控γ-al2o3的酸性位点以及活性中心，进而可以促进酿酒废弃物的催化热解，提高了合成气的气体产率，且合成气中氢气和甲烷的含量较高，合成气的燃烧热值也较高，表明该催化剂具有良好的催化效果，应用与发展前景广泛。

5、在一些实施例中，所述催化剂中，所述金属单质的负载量为8～12wt％。

6、在一些实施例中，所述γ-al2o3为球形结构，粒径尺寸为3～5mm。

7、第二方面，本发明实施例还提出了如第一方面所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)将金属盐与尿素混合后溶于水中，搅拌混合，得到混合液；

9、(2)将经过预处理后的γ-al2o3浸渍于所述混合液中，密封后进行加热处理，随后经冷却、洗涤、干燥，得到γ-al2o3与金属氧化物的复合物；

10、(3)以氢气为还原剂，将所述γ-al2o3与金属氧化物的复合物在氮气氛围中进行煅烧处理，即得所述催化剂。

11、本发明实施例催化剂的制备方法，制备工艺简单，易操作，易于放大生产，以便于工业化应用，且制得的催化剂用于催化酿酒废弃物热解制备合成气时，表现出良好的催化效果，所得合成气的产率高，合成气中氢气和甲烷的含量高，且合成气具有较高的燃烧热值。

12、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述金属盐为ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o或mg(no3)2·6h2o中的任一种；

13、和/或，所述金属盐与所述尿素的摩尔比为1:(3～5)；

14、和/或，所述搅拌混合的温度为70～90℃，混合时间为20～40min。

15、在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述加热处理的温度为100～120℃，加热时间为2～4h；

16、和/或，所述干燥处理的温度为80～100℃，干燥时间为4～8h。

17、在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述γ-al2o3的预处理过程为：在氮气氛围下，将所述γ-al2o3于550℃下煅烧3～5h，煅烧后密封保存备用。

18、在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述煅烧处理的温度为350～450℃，煅烧时间为1～2h。

19、第三方面，本发明实施例还提出了如第一方面所述的催化剂或者采用如第二方面所述的制备方法制得的催化剂在酿酒废弃物催化热解制备合成气中的应用。通过将酿酒废弃物催化热解制备成合成气，不仅可以避免酿酒废弃物对环境的污染，同时还可以实现酿酒废弃物的资源化再利用，具有较高的环境价值和经济价值。

20、在一些实施例中，所述酿酒废弃物催化热解的条件为：在高温热解炉反应器上进行异位催化热解反应，所述异位催化热解反应的反应温度为700～900℃，升温速率为10～20℃/min，反应时间为50～70min；反应氛围为氮气氛围，氮气的通气速度为60～100ml/min。

技术特征：

1.一种用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和负载在所述载体上的金属单质；其中，所述载体为γ-al2o3，所述金属单质为ni、fe、mg中的任一种。

2.根据权利要求1所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，其特征在于，所述催化剂中，所述金属单质的负载量为8～12wt％。

3.根据权利要求1所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，其特征在于，所述γ-al2o3为球形结构，粒径尺寸为3～5mm。

4.权利要求1-3任一项所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述金属盐为ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o或mg(no3)2·6h2o中的任一种；

6.根据权利要求4所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述加热处理的温度为100～120℃，加热时间为2～4h；

7.根据权利要求4所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述γ-al2o3的预处理过程为：在氮气氛围下，将所述γ-al2o3于550℃下煅烧3～5h，煅烧后密封保存备用。

8.根据权利要求4所述的用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述煅烧处理的温度为350～450℃，煅烧时间为1～2h。

9.权利要求1-3任一项所述的催化剂或者采用权利要求4-8任一项所述的制备方法制得的催化剂在酿酒废弃物催化热解制备合成气中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述酿酒废弃物催化热解的条件为：在高温热解炉反应器上进行异位催化热解反应，所述异位催化热解反应的反应温度为700～900℃，升温速率为10～20℃/min，反应时间为50～70min；反应氛围为氮气氛围，氮气的通气速度为60～100ml/min。

技术总结本发明提出一种用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂及其制备方法，所述催化剂包括载体和负载在所述载体上的金属单质；其中，所述载体为γ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，所述金属单质为Ni、Fe、Mg中的任一种。本发明通过在γ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;载体上负载金属单质获得可以用于酿酒废弃物催化热解制备合成气的催化剂，该催化剂具有良好的催化效果，可以有效促进酿酒废弃物的催化热解，提高了合成气的产率，且合成气中氢气和甲烷的含量较高，合成气的燃烧热值较高，具有良好的应用与发展前景。技术研发人员：田金平,史晨,朱永赵,赵越受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23