再生可能資源バイオマスの超高効率ガス化を実現する触媒プロセスの開発

开发实现可再生资源生物质超高效气化的催化工艺

基本信息

批准号：
15686034
负责人：
冨重圭一
金额：
$ 19.14万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

再生可能資源バイオマスの熱分解に由来するタールを水素や合成ガスへと変換する触媒の開発及びその作用機構の解明を行ってきた。我々はこれまでバイオマスのガス化反応において、反応温度の低下およびTarを効率的に合成ガスへと改質することで、反応効率の向上を目的とした触媒を使用したプロセスの研究を行ってきた。本研究では、特に高価な金属であるRhに代わり安価なNiを用いたバイオマスの水蒸気ガス化用の触媒の開発を行った。まずさまざま酸化物を担体を使用したNi担持触媒について活性試験およびH_2-TPR,XRD,BET,H_2吸着量測定、TGA等のキャラクタリゼーションを通じて、触媒の性能評価を行った。その結果、Ni/Al_2O_3触媒がTarの改質について高い性能を示し、Ni/CeO_2触媒がガス化反応中に触媒上に生成し、触媒の活性劣化の原因となるCokeの抑制に高い効果を示した。Tar改質はNi/Al_2O_3の高いNi分散性に因るもので、Coke抑制はCeO_2担体の特性に因るものである事が分かった。先の結果を踏まえ、Al_2O_3とCeO_2を組み合わせたNi触媒の高活性を期待し、調製法やNi,CeO_2の担持量を変えた様々なNi/CeO_2/Al_2O_3触媒を調製し、触媒の最適化および各種のキャラクタリゼーションを行い触媒を評価した。活性試験からNi/Al_2O_3触媒へのCeO_2添加によるCokeの抑制効果が確認された。最適化の結果、共含浸法(Ni前駆体とCeO_2前駆体をAl_2O_3担体上に同時に担持する方法)で調製した、Ni/CeO_2/Al_2O_3が最も高い活性を示した。そしてこの触媒を含め、逐次含浸法(Al_2O_3担体にCeO_2を担持した後、Niを担持する方法)により調製したNi/CeO_2/Al_2O_3とNi/Al_2O_3について担体効果の際と同様のキャラクタリゼーションに加え、Ni K-edge EXAFS,TEM観察を行った。その結果は共含浸で調製した触媒はNi/Al_2O_3および逐次含浸で調製した触媒に比べ、Ni粒子がこう分散した微粒子として存在し、またNiとCeO_2との強い相互作用の存在が明らかになり、これが、高い性能につながっていることを明らかにした。

我们开发了一种催化剂，可将可再生资源生物质热分解产生的焦油转化为氢气和合成气，并阐明了其作用机制。我们一直在研究使用催化剂通过降低反应温度和有效地将焦油转化为合成气来提高生物质气化反应的反应效率。在这项研究中，我们开发了一种用于生物质蒸汽气化的催化剂，它使用廉价的镍代替铑，这是一种特别昂贵的金属。首先，我们通过H_2-TPR、XRD、BET、H_2吸附测量和TGA等活性测试和表征来评估使用各种氧化物的Ni负载催化剂的性能。结果，Ni/Al_2O_3催化剂在焦油重整方面表现出高性能，而Ni/CeO_2催化剂在抑制气化反应期间在催化剂上生成并导致催化剂活性劣化的焦炭方面表现出高效。研究发现，焦油改性是由于Ni/Al_2O_3的高Ni分散性，而焦炭抑制是由于CeO_2载体的特性。根据前面的结果，我们预计Al_2O_3和CeO_2复合的Ni催化剂具有较高的活性，因此通过改变制备方法和Ni、CeO_2负载量制备了各种Ni/CeO_2/Al_2O_3催化剂，并进行了催化剂优化进行各种表征以评估催化剂。活性测试证实，在Ni/Al_2O_3催化剂中添加CeO_2可以抑制焦炭。优化结果表明,共浸渍法(将Ni前驱体和CeO_2前驱体同时负载在Al_2O_3载体上的方法)制备的Ni/CeO_2/Al_2O_3表现出最高的活性。除了该催化剂之外，还以与催化剂的情况相同的方式对通过顺序浸渍法(在Al_2O_3载体上负载CeO_2之后负载Ni的方法)制备的Ni/CeO_2/Al_2O_3和Ni/Al_2O_3进行表征。进行了 Ni K 边缘 EXAFS 和 TEM 观察。结果表明,与Ni/Al_2O_3共浸渍制备的催化剂和顺序浸渍制备的催化剂相比,Ni颗粒以细小分散的颗粒形式存在,表明Ni与CeO_2之间存在较强的相互作用。据透露，这带来了高性能。