專利名稱：一種助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種燃煤用的催化劑，屬于納米催化技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是涉及一種具有催化助燃、固硫、改善煤燃燒特性、起到節(jié)煤和減少污染物排放的綜合作用，適用于各種大型民用和工業(yè)用鍋爐的高效助燃脫硫脫硝燃煤納米催化劑。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤炭年產(chǎn)量已達(dá)30億噸，除少量出口外，全部在國(guó)內(nèi)消耗，其中用于火力發(fā)電、工業(yè)窯爐、工業(yè)鍋爐約占總量的80%以上。由于如此巨量煤炭直接燃燒所排放的S02、CO2, NOx對(duì)我國(guó)的大氣環(huán)境造成極大的污染。由于我國(guó)各類工業(yè)窯爐、鍋爐的設(shè)計(jì)大都忽略了約占我國(guó)煤炭總量30%左右的高灰分、高含硫、低熱值的劣質(zhì)煤，特別是早期的設(shè)備更不適應(yīng)此類煤。統(tǒng)計(jì)表明100噸/小時(shí)以下的工業(yè)鍋爐通常熱效率在70%左右，500噸/小時(shí)以下的工業(yè)鍋爐通常熱效率在80%左右，1000噸/小時(shí)左右的工業(yè)鍋爐通常熱效率在90%左右，2000噸/小時(shí)左右的工業(yè)鍋爐通常熱效率可達(dá)95%左右。同時(shí)由于脫硫設(shè)備及運(yùn)行原因，廢氣往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。為了解決上述問(wèn)題，進(jìn)一步提升燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)指標(biāo)和現(xiàn)有設(shè)備的改造是一個(gè)周期長(zhǎng)投資大的方式 ，如何針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和燃煤現(xiàn)狀從物理化學(xué)的角度出發(fā)進(jìn)行研究是必不可少的。從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)看，目前實(shí)際應(yīng)用的煤炭助燃劑或催化劑大致可分為固態(tài)、液態(tài)兩大類。第一類為固體類，其中又可分為:以硝基、氯基等強(qiáng)氧化劑鹽類為材料，如CN1227256A。這一類助燃劑對(duì)煤炭有一定促燃效果，但其體系存在易自燃爆炸的安全性問(wèn)題，實(shí)際使用時(shí)與煤難以均勻混合，會(huì)產(chǎn)生鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定和安全隱患。以強(qiáng)氧化劑鹽類及少量稀土元素為材料，此類助燃劑其優(yōu)缺點(diǎn)與上述強(qiáng)氧化劑相同使用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生危害人身健康的隱患。以金屬氧化物及尾礦為主要材料，如CN1172151A。這一類助燃劑需要經(jīng)過(guò)吸附、分解、擴(kuò)散起作用，其摻量大、顆粒粗、催化過(guò)程長(zhǎng)，在窯爐中不能滿足煤的燃燒停留時(shí)間，實(shí)際使用時(shí)與煤難以均勻混合，催化效果差、鍋爐易產(chǎn)生結(jié)垢的現(xiàn)象。以冶金廢渣為主輔以少量稀土元素為材料，此類助燃劑本身并不能為煤的燃燒助燃催化，僅是一種提供晶種和降低共熔點(diǎn)的材料，其催化作用極弱，只是一種特定體系下的促燒劑，實(shí)際使用時(shí)難以均勻混合及會(huì)產(chǎn)生危害人身健康的隱患。第二類為液體類，其中又可分為:無(wú)機(jī)鹽飽和水溶液，這一類助燃劑實(shí)際目的是為了解決粉體難以混勻的問(wèn)題，雖然解決了混勻問(wèn)題，但又會(huì)帶來(lái)高溫?fù)]發(fā)問(wèn)題。以低分子醇類為主，如CN1266089A。是以稀相甲醇、乙醇水溶液為材料，此類助燃劑實(shí)際上是增加了燃料煤的易燃揮發(fā)分，幾乎無(wú)促燃作用，實(shí)際使用時(shí)存在添加量大和稍高溫?fù)]發(fā)問(wèn)題。以金屬羧酸鹽為主，如CN1718699A。由于原料決定其體系有效成分低，體系穩(wěn)定性差，在燃燒過(guò)程中自身易氧化失活，稍高溫易揮發(fā)需大摻量，總體使用效果不理想。以烷基醇醚、烷基脂、烯烴、芳香族化合物為主輔以磷酸酯、酰胺、金屬化合物等溶于溶劑而成的產(chǎn)品，如CN101020853A。此類助燃劑是通過(guò)增加體系游離基來(lái)促進(jìn)燃燒，其在煤炭燃燒時(shí)對(duì)大分子裂解催化作用尚存商榷，實(shí)際使用時(shí)存在絕大部分溶劑稍高溫?fù)]發(fā)問(wèn)題。
以低分子量表面活性劑為主要原料，制備的助磨助燃劑。其實(shí)際上是助磨劑，只是增加固態(tài)燃料的易燃揮發(fā)分，對(duì)煤幾乎無(wú)促燃和催化作用，實(shí)際使用時(shí)存在量大、稍高溫度揮發(fā)、會(huì)產(chǎn)生鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定和安全隱患。綜上所述，如何提高煤的快速和完全穩(wěn)定燃燒，提高燃燒設(shè)備的效率，同時(shí)降低廢氣中SO2和NOx排放濃度措施的技術(shù)研究，特別是提供應(yīng)用納米的尺寸效應(yīng)，在煤炭燃燒過(guò)程中起到真正的催化作用的燃煤催化劑顯然是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提高煤的快速和完全穩(wěn)定燃燒，提高燃燒設(shè)備的效率，達(dá)到節(jié)煤的效果，同時(shí)降低廢氣中SO2和NOx排放。本發(fā)明燃煤催化劑對(duì)煤品質(zhì)的要求寬松，并具有催化助燃、減少污染物排放、清潔設(shè)備多重功效。本發(fā)明助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑，其特征在于其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為:納米材料0.1-10份，烷基酚醚1-20份，烷基醇醚1-30份，烷基脂醚1_20份，脂肪酸脂1-20份，其他種類乳化劑1-20份；所述納米材料為納米粉體經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性處理后得到的納米材料，所述納米粉體選自納米氧化物、納米氮化物、納米氮氧化物或納米碳化物；所述烷基酚醚選自乳化劑TX、乳化劑OP、乳化劑SOPE、乳化劑NP中的一種或幾種，若為幾種時(shí)各組分質(zhì)量相等；所述烷基醇醚選自乳化劑Μ0Α、異構(gòu)十醇醚、異構(gòu)十三醇醚、二甘醇甲醚、三甘醇甲醚、四甘醇甲醚中的一種或幾種，若為幾種時(shí)各組分質(zhì)量相等；所述烷基脂醚選自乳化劑SG、乳化劑LAE、乳化劑EL、乳化劑OEO中的一種或幾種，若為幾種時(shí)各組分質(zhì)量相等；所述脂肪酸脂選自乳化劑山梨醇司盤(pán)、乳化劑山梨醇吐溫、聚乙二醇脂肪酸脂、甘油脂肪酸脂、丙二醇脂肪酸脂、異醇脂肪酸脂中的一種或幾種，若為幾種時(shí)各組分質(zhì)量相等;所述其他種類乳化劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧烷基醚、琥珀酸二辛脂、脂肪胺聚氧乙烯醚、甘油聚氧乙烯醚中的一種或幾種，若為幾種時(shí)各組分質(zhì)量相等。所述改性處理的條件參數(shù)為溫度85_95°C，時(shí)間4_6小時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑的添加量為納米粉體質(zhì)量的1_2%。改性處理所使用的溶劑選自石油醚或正己燒，溶劑的質(zhì)量?jī)?yōu)選為娃烷偶聯(lián)劑和納米粉體總質(zhì)量的4.5-5.5倍。
硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選KH550。本發(fā)明助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑的制備方法是按以下步驟操作:按配比量將各原料混合并進(jìn)行砂磨得到粒徑< 50 μ m的混合料，所述混合料依次經(jīng)高壓剪切分散裝置剪切分散(每分鐘2000轉(zhuǎn))、真空過(guò)濾后得到燃煤納米催化劑，儲(chǔ)存?zhèn)溆?。將本發(fā)明燃煤納米催化劑與燃煤混合均勻，添加量為燃煤質(zhì)量的萬(wàn)分之二至萬(wàn)分之八，燃煤燃燒時(shí)可以起到助燃節(jié)煤、脫硫脫硝的效果，添加量?jī)?yōu)選萬(wàn)分之五。所述燃煤優(yōu)選煙煤、無(wú)煙煤或褐煤。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:本發(fā)明采用納米材料及納米技術(shù)，在燃煤燃燒時(shí)催化產(chǎn)生氧氣，用納米材料的吸附作用使煤充分燃燒達(dá)到助燃節(jié)煤的作用。同時(shí)催化劑體系中的固硫劑可將大部分硫元素以固態(tài)的形式固定在煤渣中，減少二氧化硫的排放。經(jīng)試驗(yàn)分析證明本發(fā)明燃煤納米催化劑可以使煤燃燒更充分，適當(dāng)?shù)拇呋瘎┨砑恿靠梢詼p少燃煤用量8%以上，減少二氧化硫排放和脫硫25%以上，同時(shí)減少粉塵和有害氣體的排放，降低燃煤產(chǎn)生的污染物，并能脫除鍋爐舊的爐焦，防止新?tīng)t焦生成，極大的提高鍋爐換熱效率。與其他同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明助燃脫硫脫硝燃煤納米催化劑可以與任何品質(zhì)的煤進(jìn)行配制使用，并能達(dá)到理想的使用效果。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的高效助燃脫硫脫硝燃煤納米催化劑做進(jìn)一步說(shuō)明。 四、具體實(shí) 施方式實(shí)施例1:1、納米材料的制備將0.1g KH550添加到IOg納米氮化鈦中，溶劑為石油醚，90°C回流反應(yīng)5個(gè)小時(shí)，得到納米材料，溶劑的質(zhì)量為KH550和納米氮化鈦總質(zhì)量的5倍。2、燃煤納米催化劑的制備將10質(zhì)量份的納米材料、20質(zhì)量份的乳化劑TX、20質(zhì)量份的異構(gòu)十醇醚、20質(zhì)量份的乳化劑SG、20質(zhì)量份的山梨醇司盤(pán)以及10質(zhì)量份的烷基酚氧乙烯醚混合并進(jìn)行砂磨得到粒徑小于50微米的混合料，將所述混合料通過(guò)高壓剪切分散裝置(每分鐘2000轉(zhuǎn))進(jìn)行分散處理，真空過(guò)濾、緩沖貯存，得到燃煤納米催化劑。3、燃燒效果將本實(shí)施例制得的燃煤納米催化劑分別以煙煤質(zhì)量萬(wàn)分之二、萬(wàn)分之三、萬(wàn)分之四、萬(wàn)分之五、萬(wàn)分之六、萬(wàn)分之七、萬(wàn)分之八的比例添加到煙煤中，混合均勻，在燃燒爐(網(wǎng)帶爐)中燃燒，燃燒后通過(guò)元素分析和熱重分析對(duì)脫硫脫氮等數(shù)據(jù)進(jìn)行考察，其中不添加燃煤納米催化劑的燃燒爐中的二氧化硫和氮氧化物的混合尾氣排放量為600mg/m3，結(jié)果見(jiàn)表
1表權(quán)利要求
1.一種助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑，其特征在于其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為: 納米材料0.1-10份，烷基酚醚1-20份，烷基醇醚1-30份，烷基脂醚1-20份，脂肪酸脂1-20份，其他種類乳化劑1-20份； 所述納米材料為納米粉體經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性處理后得到的納米材料，所述納米粉體選自納米氧化物、納米氮化物、納米氮氧化物或納米碳化物； 所述烷基酚醚選自乳化劑TX、乳化劑OP、乳化劑SOPE、乳化劑NP中的一種或幾種；所述烷基醇醚選自乳化劑MOA、異構(gòu)十醇醚、異構(gòu)十三醇醚、二甘醇甲醚、三甘醇甲醚、四甘醇甲醚中的一種或幾種； 所述烷基脂醚選自乳化劑SG、乳化劑LAE、乳化劑EL、乳化劑OEO中的一種或幾種； 所述脂肪酸脂選自乳化劑山梨醇司盤(pán)、乳化劑山梨醇吐溫、聚乙二醇脂肪酸脂、甘油脂肪酸脂、丙二醇脂肪酸脂、異醇脂肪酸脂中的一種或幾種； 所述其他種類乳化劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧烷基醚、琥珀酸二辛脂、脂肪胺聚氧乙烯醚、甘油聚氧乙烯醚中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑，其特征在于: 所述改性處理的條件參數(shù)為溫度85-95°C，時(shí)間4-6小時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑的添加量為納米粉體質(zhì)量的1_2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑，其特征在于: 所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550。
4.一種權(quán)利要求1或2所述的助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑的制備方法，其特征在于: 按配比量將各原料混合并進(jìn)行砂磨得到粒徑< 50 μ m的混合料，所述混合料依次經(jīng)高壓剪切分散裝置剪切分散、真空過(guò)濾后得到燃煤納米催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑及其制備方法，其中助燃脫硫脫硝的燃煤納米催化劑，其特征在于其原料按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為納米材料0.1-10份，烷基酚醚1-20份，烷基醇醚1-30份，烷基脂醚1-20份，脂肪酸脂1-20份，其他種類乳化劑1-20份。本發(fā)明燃煤納米催化劑具有催化助燃、固硫、改善燃煤特性，起到節(jié)煤和減少污染物排放等作用，其中節(jié)煤可達(dá)到8%左右，減少二氧化硫和氮氧化物排放25%以上，適用于各種大型民用和工業(yè)用燃煤鍋爐。
文檔編號(hào)C10L9/10GK103232875SQ20131014376
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者張芬紅, 張彤 申請(qǐng)人:合肥開(kāi)爾納米能源科技股份有限公司