气化-催化重整工艺实现欧元棉质废钞无焦油富氢合成气及其生命周期评估

《Biomass and Bioenergy》：Tar-free and hydrogen-rich syngas from Euro cotton banknotes using gasification-catalytic reforming process and its life cycle assessment

本文综述了采用气化-催化重整（Gasification-Catalytic Reforming）工艺将欧元棉质废钞（BW）转化为无焦油（Tar-free）、高氢含量（H2含量达53 vol%）合成气（syngas）的创新策略，并通过生命周期评估（LCA）证实该技术相较于传统焚烧法可显著降低73–99%的环境影响，为废钞资源化提供了绿色解决方案。

　　

亮点

材料和废钞原料制备及催化剂

本研究所用欧元废钞（BW）由棉质材料（破碎片状）制成，采集自欧洲多个回收点。将废钞碎片研磨后，通过造粒工艺制成颗粒（直径8毫米×12毫米），经干燥后获得富含碳（42.94 wt%）和挥发分（78.45 wt%）的BW颗粒，其元素分析结果为：碳42.94 wt%、氢6.30 wt%、氮0.73 wt%等（详见表1）。催化重整过程采用镍镁多孔粘土异质结构（Ni/Mg-PCH）催化剂，该催化剂因其高比表面积和稳定性被优选用于焦油裂解反应。

催化重整过程对产物产率和组成的影响

BW气化过程主要生成合成气、焦油和烟灰三组分混合物。烟灰通过陶瓷过滤单元分离后，剩余含焦油合成气（tar-laden syngas）直接进入催化反应器进行焦油分子裂解。如表5所示，在不同操作条件下，气化与催化重整阶段的产物产率显著变化。催化重整使升级后合成气产率提升11–32%，高热值（HHV）达9695 kJ/kg。更重要的是，该过程成功去除99.98%的焦油，同时将H₂含量提升至53 vol%，并大幅降低CO（75.5%）和CH₄（96.6%）含量。反应中涉及蒸汽重整（steam reforming）、水煤气变换反应（water-gas shift）等关键路径，有效促进氢富集。

结论

本研究成功利用气化-催化重整联用技术升级BW气化产生的合成气。实验表明，Ni/Mg-PCH催化剂在900°C蒸汽氛围下可高效裂解焦油，实现合成气的高值化转化。该策略不仅解决焦油导致的设备腐蚀问题，更大幅提升合成气能源品质，为废钞的绿色能源转化提供技术支撑。