煤炭燃烧催化剂及其制备和使用方法

摘要

本发明公开一种煤炭燃烧催化剂及其制备和使用方法，属于煤炭催化燃烧节能减排领域。按重量份数计，该催化剂由以下原料组成：水326～472份、氯化亚铁202～292份、氯化钾125～181份、氯化钙77～111份、乌洛托品48～69份、电气石粉19～27份、气相二氧化硅18～26份、辛基酚聚氧乙烯醚15～21份、十二烷基苯磺酸钠15～21份、亚甲基二萘磺酸钠11～16份；使用时，催化剂用通过电气石活化处理的水稀释后均匀洒在煤炭上。本发明催化剂原料价格便宜，无任何安全隐患，稳定性好，使用方便；通过电气石的活化处理，催化剂功效进一步提高，节煤和固硫效果显著，同时能够防止锅炉结焦事故的发生。

说明书

技术领域

本发明属于煤炭催化燃烧节能减排领域，具体涉及一种提高煤炭燃烧效率、降低有害排放物的催化剂及其制备和使用方法。

背景技术

在我国一次能源消费中，煤炭消费量所占比重最大，接近能源总消费量的70% ，其中85%以上的煤炭用于火力发电、工业锅炉、工业窑炉和家庭炉灶等直接燃烧。目前我国煤炭燃烧利用效率普遍较低，不仅造成了严重的能源浪费，同时也带来了严重的燃烧性大气污染。如何减少煤炭低效率燃烧导致的能源浪费和环境污染，煤炭燃烧催化剂的应用推广，无疑是一种行之有效的手段之一。

燃煤用的大多数催化剂（添加剂）从化学成分上主要以一种或多种碱金属、碱土金属和过渡金属的氧化物、氢氧化物及其盐类再加上其它功能性助剂组成；在添加方法上能够接受的方式有直接混入和喷洒两种。直接混入方式，由于难以将催化剂均匀分散在煤中，与煤炭反应接触面积小致使催化剂添加量大而作用效果较差；喷洒方式，由于催化剂通过水或其它有机溶剂稀释后喷洒于煤上，改善了催化剂在煤中的均匀分散性，提高了与煤炭的反应接触面积致使催化剂添加量相对较少而作用较好。

考虑到上述添加方法和使用效果方面的优越性，虽然目前有些煤炭燃烧催化剂在化学成分上尽量使用水溶性组分并将催化剂用水稀释后喷洒于煤上，但在安全性、经济性、实用性等方面仍存在一些不足。如有些催化剂含有硝酸钾（钠）、高锰酸钾、高氯酸钾（钠）等组分，而这些组分属于强氧化剂，遇还原剂、有机物或受碰撞、摩擦易产生燃烧和爆炸，在催化剂的生产、运输和使用过程中存在一定的安全隐患；有些催化剂含有氯化铁、硫酸铁、硝化稀土、氯化稀土等过渡金属的可溶性盐类，这些盐类在水中溶解时往往会发生不同程度的水解呈酸性，而在催化剂中没有缓蚀剂的情况下，可能对生产、运输和添加设备有一定的腐蚀，额外需要对这些设备进行耐酸处理；有些催化剂以贵金属或稀土元素的化合物作为主要催化组分，虽然这些组分的加入可能大幅度提高了催化剂的使用效果，但所用原料价格昂贵，致使催化剂性价比不高。

发明内容

本发明的目的是解决现有煤炭燃烧催化剂存在的安全隐患、对设备的腐蚀和价格昂贵的问题，提供一种具有良好安全性、不腐蚀设备、廉价的煤炭燃烧催化剂，同时提供该煤炭燃烧催化剂的制备和使用方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种煤炭燃烧催化剂，所述催化剂以水为分散介质，按重量份数计，在水中含有以下各组分：

氯化亚铁202～292份、氯化钾125～181份、氯化钙77～111份、乌洛托品48～69份、电气石粉19～27份、气相二氧化硅18～26份、聚合度为9～11的辛基酚聚氧乙烯醚15～21份、十二烷基苯磺酸钠15～21份、亚甲基二萘磺酸钠11～16份。

进一步，为便于运输、贮存，所述催化剂中水的用量为326～472重量份。

所述煤炭燃烧催化剂的制备方法，包括：

（1）将电气石粉、气相二氧化硅和亚甲基二萘磺酸钠分散于水中，得到分散液A；

（2）将乌洛托品、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化亚铁依次加入水中，得到混合液B；

（3）将分散液A与混合液B混合均匀得到煤炭燃烧催化剂。

进一步，步骤（1）采用高速剪切机和超声波进行分散处理。

进一步，步骤（3）采用高速剪切机和超声波进行混合处理。

所述煤炭燃烧催化剂的使用方法，按催化剂与煤炭的重量比为1：（3000～5000），先用水将催化剂先用水稀释后，再均匀洒在煤炭上。

进一步，催化剂与稀释用水的重量比为1：（100～200）。

更进一步，稀释用水为活化水。

进一步，所述活化水是通过水与电气石接触得到，由电气石活化处理后的水再用于催化剂的稀释。

有益效果：本发明的催化剂原料均为非易燃易爆危险品，在催化剂的生产、库存、运输和使用过程中不存在安全隐患；该催化剂所含的乌洛托品和辛基酚聚氧乙烯醚具有良好的缓蚀作用，故催化剂对生产设备、添加设备及锅炉没有任何腐蚀性，经检测铜片腐蚀级别为1a级；催化剂原料廉价，生产和运输成本低，添加量小（仅为燃煤用量的万分之2～3），使用该煤炭燃烧催化剂可以降低燃煤的着火点，加快煤的燃烧速度，节煤率可达8～20 %，固硫率达20～40 %，节能减排效果相对较好，同时能够防止锅炉结焦事故的发生，性价比高；催化剂为水溶性浓缩液，添加方便，可操作性强，使用范围广；催化剂制备联合应用了高剪切分散乳化和超声波处理工艺，催化剂稳定性好，可长时间储存而不影响使用效果；电气石因其特殊晶体结构具有自发极化效应，利用其产生的静电场和辐射的远红外线，对催化剂稀释用水进行电气石活化处理，可提高催化剂的催化效果。

附图说明

图1 煤炭燃烧催化剂的制备装置示意图，其中，1-混料缸，2-超声波发生器，3-高速剪切机，4-三通阀。

图2 煤炭燃烧催化剂的使用添加装置示意图，其中，5-活化器，6-喷洒装置，7-稀释罐，8-流量计，9-泵。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

一种煤炭燃烧催化剂按重量计各组分配比如下：水382份、氯化亚铁236份、氯化钾146份、氯化钙90份、乌洛托品56份、电气石粉（粒径小于5微米）22份、气相二氧化硅21份、辛基酚聚氧乙烯醚（聚合度为10）17份、十二烷基苯磺酸钠17份、亚甲基二萘磺酸钠13份。

上述煤炭燃烧催化剂的制备过程：

（1）将电气石粉、气相二氧化硅和亚甲基二萘磺酸钠加入到127份的水中，用高速剪切机和超声波处理20分钟，制得分散液A；

（2）将乌洛托品、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化亚铁依次加入到255份的水中，用高速剪切机处理10分钟，制得混合液B；

（3）将分散液A与混合液B混合，用高速剪切机和超声波处理15分钟，制得煤炭燃烧催化剂。

所制得的催化剂的使用方法：根据燃烧用煤炭的实际含水量（一般喷洒催化剂后的煤炭含水量要控制在12%以内），将催化剂用水稀释后均匀洒在煤炭上，其中，催化剂与煤炭的重量比一般控制在1：（3000～5000），每1重量份的催化剂用大约为100～200重量份的水稀释，如图2所示，稀释水先流经过充填有电气石的活化器，经电气石活化后的水在稀释罐中与催化剂混合均匀后再喷洒在煤炭上。

经电气石活化处理后的水与未经处理的水相比有以下特点：

a．   通过电气石活化处理，可使普通水                                                核磁共振半峰宽由110～145降低为64～81，说明电气石活化处理影响水分子团簇结构，降低水分子缔合度，使水分子团变小，提高了水的渗透、溶解和代谢能力；

b．  通过电气石活化处理，可使水的电导率由502提高到582，说明电气石活化处理时，在电气石静电场作用下，水分子发生电解，形成水合氢离子（H₃O⁺）和水合氢氧根离子（H₃O₂⁺），使水分子具有极强的界面活性 ；

c．   经电气石活化处理的水具有能量为0.004的4～14微米的电磁波和-20～-240的氧化还原电位；

d．  经电气石活化处理的水含有较丰富的溶解氧和活性氢。

使用效果：使用上述煤炭燃烧催化剂及其电气石活化处理方法，可以提高煤炭在燃烧时的气化率即相对挥发份含量（见表1） ，从而可降低燃煤的着火点，加快煤的燃烧速度，有效降低燃煤消耗量和污染物排放量，其节煤率可达8～20 %，固硫率达20～40 %，同时能够防止锅炉结焦事故的发生。

实施例2

一种煤炭燃烧催化剂按重量计各组分配比如下：水472份、氯化亚铁292份、氯化钾181份、氯化钙111份、乌洛托品69份、电气石粉（粒径小于5微米）27份、气相二氧化硅26份、辛基酚聚氧乙烯醚（聚合度为10）21份、十二烷基苯磺酸钠21份、亚甲基二萘磺酸钠16份。

上述煤炭燃烧催化剂的制备过程：

（1）将电气石粉、气相二氧化硅和亚甲基二萘磺酸钠加入到150份的水中，用高速剪切机和超声波处理25分钟，制得分散液A；

（2）将乌洛托品、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化亚铁依次加入到322份的水中，用高速剪切机处理15分钟，制得混合液B；

（3）将分散液A与混合液B混合，用高速剪切机和超声波处理15分钟，制得煤炭燃烧催化剂。

实施例3

一种煤炭燃烧催化剂按重量计各组分配比如下：水326份、氯化亚铁202份、氯化钾125份、氯化钙77份、乌洛托品48份、电气石粉（粒径小于5微米）19份、气相二氧化硅18份、辛基酚聚氧乙烯醚（聚合度为10）15份、十二烷基苯磺酸钠15份、亚甲基二萘磺酸钠11份。

上述煤炭燃烧催化剂的制备过程：

（1）将电气石粉、气相二氧化硅和亚甲基二萘磺酸钠加入到127份的水中，用高速剪切机和超声波处理15分钟，制得分散液A；

（2）将乌洛托品、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、氯化钙、氯化亚铁依次加入到199份的水中，用高速剪切机处理10分钟，制得混合液B；

（3）将分散液A与混合液B混合，用高速剪切机和超声波处理10分钟，制得煤炭燃烧催化剂。