本發(fā)明涉及一種氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦┘捌渲苽浞椒ǎ瑢儆谌細(xì)獯呋瘎╊I(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)忮仩t是一種以燃?xì)鉃槟茉吹腻仩t設(shè)備，通常由燃燒器、爐膛、熱交換器、控制系統(tǒng)等組成。它具有高效、環(huán)保、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和民用領(lǐng)域。燃?xì)忮仩t的原理是利用燃?xì)馊紵a(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過熱交換器將熱量傳遞給水或其他介質(zhì)，使其加熱至所需溫度。這種鍋爐設(shè)備包括燃?xì)忾_水鍋爐、燃?xì)鉄崴仩t、燃?xì)庹羝仩t等，其中燃?xì)鉄崴仩t也稱燃?xì)獠膳仩t或燃?xì)庀丛″仩t。燃?xì)忮仩t的燃燒效率通常在90％到99％之間，在采用全預(yù)混、fgr煙氣再循環(huán)技術(shù)后，熱效率可達(dá)到100％到108％左右。然而，在老舊鍋爐上采用全預(yù)混、fgr煙氣再循環(huán)等燃燒技術(shù)需要較高的設(shè)備改造成本。燃?xì)忮仩t燃燒效率低的原因可能包括燃料質(zhì)量差、燃燒器調(diào)整、鍋爐內(nèi)部積灰或結(jié)垢、供風(fēng)系統(tǒng)不足或不均、燃?xì)赓|(zhì)量差、鍋爐設(shè)計(jì)不合理、運(yùn)行管理和系統(tǒng)維護(hù)不當(dāng)?shù)?。燃?xì)獾募兌?、熱值等質(zhì)量因素對(duì)燃?xì)忮仩t的燃燒效果和熱效率有重要影響。如果燃?xì)赓|(zhì)量不佳，會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全。燃?xì)忮仩t使用的燃?xì)庵须s質(zhì)主要包括焦油、灰塵、水分等。焦油的積累不僅會(huì)影響燃?xì)獾恼Ｈ紵?，還可能導(dǎo)致燃燒不完全，產(chǎn)生積碳，進(jìn)而影響鍋爐的熱效率。生物質(zhì)鍋爐熱解氣化過程中產(chǎn)生的粗燃?xì)夂薪褂驼魵怆s質(zhì)，通過催化劑催化燃燒焦油，可提高燃燒效果和熱效率，降低積碳。

2、當(dāng)前，通過催化助劑輔助提高燃?xì)馊紵实难芯渴艿搅藦V泛重視，現(xiàn)已有多個(gè)助燃專利技術(shù)的報(bào)道，例如公開號(hào)為cn102690696b的專利公開了二甲醚燃?xì)饧{米稀土助燃劑的制備方法，采用水熱法制備了氯化鈰修飾的氧化釹鑭納米粒子作為二甲醚燃?xì)獾闹紕?，該方法制備的助燃劑雖然能夠提升燃?xì)獾娜紵?，但制備的助燃劑僅是針對(duì)二甲醚燃?xì)猓荒苡糜谔烊粴狻９_號(hào)為cn106147907b的專利公開了液化天然氣助燃劑，將桐油、乙醇、正丁醇、環(huán)戊醇、乙二醇單丁醚、甲基乙基酮、硼烷四氫呋喃等配成液化天然氣助燃劑，雖然該助燃劑可提高燃?xì)鉄嶂?，但助燃劑的成分?fù)雜，制備成本較高。專利cn103160348b公開了一種輕質(zhì)烷烴燃料氣稀土催化增效劑及其制備方法，其增效劑配方由以下重量份原料組成：銷酸鈰3～6份，二茂鐵0.3～0.6份，乙醇30～50份，丙酮10～20份，石油醚15～25份；增效劑經(jīng)過添加劑的制備，原料混合和過濾等步驟制得。銷酸鈰屬于氧化性固體類別2，其高溫分解并釋放劇毒的氮氧化物氣體。乙醇、丙酮屬于易制毒化學(xué)品，生產(chǎn)、運(yùn)輸都受到嚴(yán)格管控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦┘捌渲苽浞椒?，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的助燃劑成分復(fù)雜，使用易產(chǎn)毒原料，同時(shí)針對(duì)天然氣等燃?xì)馊匀淮嬖诖呋实偷葐栴}。

2、針對(duì)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦撝鷦┚哂腥缦陆Y(jié)構(gòu)：

3、

4、式(ⅰ)中，r為稀土離子，包括鑭(la)，鈰(cs)，銪(eu)中的任意一種。

5、本發(fā)明還提供了一種氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦┑闹苽浞椒?，包括如下步驟：

6、(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在二甲苯中加入2,7-二氨基芴和碳酸氫鈉，冷卻到4～10℃后，滴加二溴乙烷，然后在30～90℃的溫度下攪拌反應(yīng)2～8h，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)混合物倒入10～15倍體積的冰水中攪拌5～10min，抽濾，沉淀用水洗滌3次，獲得氮雜四芴環(huán)；

7、(2)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將氮雜四芴環(huán)加入到二甲亞砜中，再加入甲醇鈉，反應(yīng)后將烯丙基氯滴加到反應(yīng)混合物中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，在反應(yīng)混合物中加入蒸餾水，過濾，并將沉淀轉(zhuǎn)移到二氯甲烷中，加入高碘酸鈉、高鉻酸鉀和水，反應(yīng)結(jié)束后，用飽和氯化鈉水溶液洗滌反應(yīng)產(chǎn)物兩次，有機(jī)層用無水na2so4干燥0.5～1.5h，過濾并在真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上除去溶劑，得到氮雜四芴環(huán)四甲酸；

8、(3)在有機(jī)溶劑中加入步驟(2)制備得到的氮雜四芴環(huán)四甲酸制備氮雜四芴環(huán)四甲酸溶液，然后加入稀土氯化物的水溶液，混合震蕩5～30min，靜置分層，收集有機(jī)相，用無水氯化鈣干燥0.5～1.5h后，加入二茂鐵，獲得氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦?/p>

9、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(1)中，所述2,7-二氨基芴與二甲苯的質(zhì)量體積比為(0.5～5)g:(30～100)ml，所述碳酸氫鈉與二甲苯的質(zhì)量體積比為(0.1～0.4)g:(15～50)ml，所述二溴乙烷與二甲苯的體積比為(2～25):(30～100)。

10、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(1)中，所述氮雜四芴環(huán)的產(chǎn)率82～97.2％。

11、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(2)中，所述氮雜四芴環(huán)與二甲亞砜的質(zhì)量體積比為(1.5～3)g:(30～100)ml，所述甲醇鈉與二甲亞砜的質(zhì)量體積比為(1～3)g:(15～50)ml。

12、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(2)中，加入甲醇鈉后，在25～40℃的條件下攪拌反應(yīng)30～120min。

13、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(2)中，所述烯丙基氯的加入量與二甲亞砜的體積比為(0.02～0.15):(30～100)，加入烯丙基氯后，繼續(xù)反應(yīng)3～6h。

14、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(2)中，二氯甲烷的添加量與二甲亞砜的體積比為1:1，所述高碘酸鉀與二氯甲烷的質(zhì)量體積比為(1～3)g:(30～100)ml，所述高鉻酸鉀與二氯甲烷的質(zhì)量體積比為(0.5～4)g:(30～100)ml，水的加入量與二氯甲烷的體積比為(1～2):(30～100)，加入高碘酸鈉、高鉻酸鈉和水后，在25～35℃的條件下反應(yīng)16～18h。

15、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(2)中，所述氮雜四芴環(huán)四甲酸的產(chǎn)率75～85％。

16、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(3)中，所述有機(jī)溶劑包括二丁醚、乙酸乙酯、乙二醇二丁醚、乙酸丙酯中的至少一種，優(yōu)選為二丁醚。

17、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(3)中，所述氮雜四芴環(huán)四甲酸溶液的質(zhì)量濃度為45～55％。

18、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(3)中，所述稀土氯化物包括氯化鑭，氯化鈰，氯化銪中的任一種，所述稀土氯化物的水溶液中稀土氯化物的質(zhì)量濃度為15～25％，所述稀土氯化物水溶液與有機(jī)溶劑的體積比為1:1。

19、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(3)中，加入二茂鐵后，二茂鐵的質(zhì)量濃度為5～10％。

20、本發(fā)明還公開了一種上述氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦┰诖呋紵械膽?yīng)用。

21、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述應(yīng)用包括將上述氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦┙?jīng)噴霧器噴射后在鍋爐燃燒區(qū)域的形成霧化。

22、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，噴射量為每立方燃?xì)?.1-0.5升氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦?/p>

23、本發(fā)明的有益效果：

24、(1)本發(fā)明通過先制備氮雜四芴環(huán)和氮雜四芴環(huán)四甲酸，再使用氮雜四芴環(huán)四甲酸、二茂鐵、稀土氯化物和二丁醚等有機(jī)溶劑來制備氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵鷦紵鷦┲苽溥^程中使用氯化鑭(la)、氯化鈰(cs)、氯化銪(eu)等稀土氯化物和二丁醚等有機(jī)溶劑，這些原料均不是易制毒化學(xué)品，也不具有易燃易爆的特性，稀土氯化物中由于無硝基存在，所以高溫分解后也不會(huì)產(chǎn)生劇毒氮氧化物氣體。

25、(2)本發(fā)明通過使用氮雜四芴環(huán)四甲酸、二茂鐵、稀土氯化物和二丁醚等有機(jī)溶劑反應(yīng)來制備氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃燒助劑，最終制備的材料成分單一，制備過程中使用的原料均為常規(guī)原料，制備成本不高。

26、(3)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，制備的氮雜四芴環(huán)四甲酸本身有一定的助燃效果，另一方面，稀土元素的催化作用可加快燃?xì)庵薪褂碗s質(zhì)的分解，提高燃?xì)獾娜紵俣?，減少積碳，提高鍋爐燃燒效果和熱效率。

27、(4)采用本發(fā)明方法制備的氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃燒助劑可以作為天然氣的助燃劑，在促進(jìn)天然氣燃燒時(shí)，燃?xì)馊紵士稍黾?0～16％。

28、(5)氮雜四芴環(huán)四甲酸稀土燃?xì)馊紵呋瘎┛梢酝ㄟ^霧化的方式噴射入鍋爐燃燒區(qū)域促進(jìn)燃燒，設(shè)備投入少，操作方便。