本发明属于燃煤催化剂
技术领域：
，具体涉及一种纳米燃煤催化剂。
背景技术：
：煤炭工业是支撑我国国民经济发展的重要的基础工业，煤炭是我国的重要能源之一。然而，它的使用带来了一系列的环境问题：大气中nox的87％、so2的93％、烟尘的99％和co的97％都是由煤的燃烧产生的，同时，煤燃烧过程中有大量的有机物(苯、酚、氰化物)、沥青等有害气体的排放，造成了严重的大气污染，极大地危害了人类健康与动植物的生长，破坏良田，对我国工农业造成的经济损失高达几百亿元每年。这是我国及至世界能源和环保领域极需解决的关键性问题。因此，伴随着科学技术的进步，各种节能、环保助燃料改善药剂与工程技术相继投放市场。目前，国内燃煤添加剂技术有固体和液体两种操作方法，在助燃、节能或环保方面都有不同的特点和应用范围。现有的固体燃煤添加剂在国内已有十几年的商业应用历史，在环保、节能方面做出了一定的贡献；但也存在着用量大、使用不方便，使用量不准确、运输储存费用高及二次污染等问题，已逐渐被用户所忽略。另外，近几年，以南韩为代表的液体添加剂也广泛在东北地区已经生产；但这类添加剂在使用中因具有腐蚀性，推广应用起来，困难重重。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种纳米燃煤催化剂。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种纳米燃煤催化剂，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂30-35％，催化剂载体15-30％，钛催化剂20-25％，稀土元素5-10％。优选地，所述含钛界面活性剂为：钛酸丁酯与十六烷基三甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵的混合物。优选地，所述含钛界面活性剂为钛酸异丙酯与正十二胺的混合物。优选地，所述催化剂载体为斜发沸石和硅藻土的混合物，且所述斜发沸石和硅藻土的质量比为1:1。优选地，所述斜发沸石为天然斜发沸石经硝酸钙改性而成。优选地，所述硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。优选地，所述钛催化剂为纳米二氧化钛。优选地，所述稀土元素包括氧化钬和氧化锆中的至少一种。与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明的纳米燃煤催化剂可以混于各种燃煤中燃烧，在达到燃烧目的的同时，即能大量节省燃料，又能将废气中二氧化硫，硫化氢等有毒气体不排入大气，是一种环保型的燃煤催化剂。2、本发明的纳米燃煤催化剂参与燃料燃烧，co向co2转化时吸收煤气中绝大部分全硫转化成非挥发性金属盐，随炉渣一并排出，从而大大降低了出炉尾气或煤气中的硫化物含量。3、本发明的燃煤催化剂在全部燃料燃烧反应过程中有以下特点：添加量比例极低；安全方便；使反应速度加快；使反应能在相对较低温下发生；降低反应中所需要的活化能；没有二次污染；是对可燃物质进行瞬间催化，并产生活性氧以极快的速度助燃，达到完全燃烧的效果；使用本发明的燃煤催化剂4周后，附着在炉堂內积垢开始脱落；3个月左右即可有效清除积垢，提高导热性，进而降低燃料损耗。4、本发明的燃煤催化剂应用范围广泛：可适用于3000大卡以上的各种类煤炭；可适用链条炉、往复炉、沸腾炉、煤粉炉、锻造炉、窑炉等炉型。5、本发明的燃煤催化剂具有节能、环保双重功效：通过能源、环保监测部门的跟踪监测，其节煤率在一般工业锅炉可达到，降低so2、co排放及格林曼系数等效果显著。附图说明图1是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后的热工测试对比结果图；图2是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后的煤汽比效果曲线图；图3是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后e-30fsox浓度变化曲线图；图4是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后催化反应活化能的对比图；图5是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后燃煤、热水锅炉热平衡对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例一本实施例的纳米燃煤催化剂，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂33％，催化剂载体24％，钛催化剂22％，稀土元素8％。本实施例中含钛界面活性剂可以为钛酸丁酯与十六烷基三甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵的混合物。催化剂载体可以为斜发沸石和硅藻土的混合物，且所述斜发沸石和硅藻土的质量比为1:1；硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。斜发沸石的化学式为na(alsi5o12)·4h2o，单斜晶系，斜发沸石加热脱水后无变形，结构比较稳定，是很好的天然分子筛材料。斜发沸石自身也具有催化性能，可以做催化剂，同时又能作为一种载体，使其他成分均匀分散于其表面，从而提高纳米燃煤催化剂的催化性能。本实施例中斜发沸石优选为天然斜发沸石经硝酸钙改性而成。改性斜发沸石可以使催化性能进一步得到提升。硅藻土由无定形的sio2组成，并含有少量fe2o3、cao、mgo、al2o3及有机杂质。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而轻，工业上常用来作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂，催化剂载体等。硅藻土具多孔质构造，硅藻土的孔隙度达90-92％，可以作为催化剂的优良载体。本实施例中选用的硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。钛催化剂优选为纳米二氧化钛。纳米二氧化钛粒径小、比表面积大、反应活性高、吸附能力强、性能稳定、反应彻底高效，应用于本发明的燃煤催化剂时，在含钛界面活性剂和催化剂载体的作用下，可以更好地使煤表面形成活性中心，使挥发份容易析出；同时可以加速煤中氧化钙能碱性物质的固硫作用，提高煤的燃烧效率，节约用煤量。本实施例中稀土元素优选为氧化钬和氧化锆的混合物。氧化钬和氧化锆的混合物作为本发明纳米燃煤催化剂的助剂使用，可以提高催化剂的热稳定性和机械强度，提高催化剂的活性和储氧能力，更有利于提高催化性能。实施例二本实施例的纳米燃煤催化剂，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂30％，催化剂载体15％，钛催化剂20％，稀土元素5％。本实施例中含钛界面活性剂可以为钛酸异丙酯与正十二胺的混合物。催化剂载体可以为斜发沸石和硅藻土的混合物，且所述斜发沸石和硅藻土的质量比为1:1。硅藻土由无定形的sio2组成，并含有少量fe2o3、cao、mgo、al2o3及有机杂质。本实施例中选用的硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。本1实施例中钛催化剂优选为纳米二氧化钛；稀土元素为氧化钬，氧化钬作为催化助剂。实施例三本实施例的纳米燃煤催化剂，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂35％，催化剂载体30％，钛催化剂25％，稀土元素10％。本实施例中含钛界面活性剂可以为钛酸丁酯与十六烷基三甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵的混合物。催化剂载体可以为斜发沸石和硅藻土的混合物，且所述斜发沸石和硅藻土的质量比为1:1；硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。钛催化剂优选为纳米二氧化钛。稀土元素为氧化锆，氧化锆作为催化助剂。经检测，本发明的纳米燃煤催化剂的物理及化学性能见下表：将本发明的纳米燃煤催化剂(实施例一的纳米燃煤催化剂，图中简称t)在庆华能源公司作为燃煤催化剂进行试验，试验结果如下：图1是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后的热工测试对比结果图，从图1中可以看出，在原煤中投入本发明的纳米燃煤催化剂后正平衡热效率增加了15.32％，锅炉出力增加了4.2％，排烟温度提升了8.67％，炉墙表面平均温度增加了5.56％，炉渣含碳量减少了2.24％，烟气中co含量减少了10％。图2是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后的煤汽比效果曲线图，从图2中可以看出，原煤燃烧时其煤汽比变化不大，当添加本发明的纳米燃煤催化剂后，煤汽比得到迅速提升，当停止添加时，煤汽比快速下降；说明添加本发明的纳米燃煤催化剂可以极大提高煤汽比。图3是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后e-30fsox浓度变化曲线图，从图3中可以看出，在原煤中仅添加化学产品(普通燃煤催化剂)时，sox浓度并没有出现明显下降，当添加含有本发明的纳米燃煤催化剂及化学产品时，sox浓度出现快速下降，但之后维持水平波动；当停止添加本发明的纳米燃煤催化剂及化学产品，而改为仅添加本发明的纳米燃煤催化剂时，sox浓度再次出现快速下降，当停止添加本发明的纳米燃煤催化剂时，sox浓度出现快速垂直式上升；充分说明添加本发明的纳米燃煤催化剂可使sox浓度极大降低。图4是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后催化反应活化能的对比图，图4中实线代表的是原煤燃烧所需的活化能，虚线代表的是添加本发明的纳米燃煤催化剂后燃烧所需的活化能；从图中可以看出，添加本发明的纳米燃煤催化剂可以有效降低燃烧中所需的活性能，转为有效利用热。也说明本发明的催化剂能加快可逆反应的速度，但不改变该反应的化学平衡；并不改变反应的热力学本质，但改变燃烧反应的动力学特性。图5是添加本发明的纳米燃煤催化剂前后燃煤、热水锅炉热平衡对比图，从图5中可以看出，添加本发明的纳米燃煤催化剂后，锅炉正平衡热效率增加15.32％，炉渣含碳量减少1.76％，排烟处ro2容量百分比降低18％，排烟处o2容量百分比增加15％，排烟处co容量百分比降低10％，排烟温度增加8.67％，炉体表面温度提升5.5％。本发明的纳米燃煤催化剂应用于部分企业的节煤率可见下表：单位名称锅炉数据用途煤种(热值kcal/kg)节煤率(％)西安某机械集团链条25t/h蒸汽供暖500014西安某航空公司链条10t/h供暖500015山西某啤酒公司链条10t/h工业蒸汽580012.97郑州某管桩集团链条20t/h工业蒸汽550012.91郑州某食品公司链条25t/h工业蒸汽530018山东某生物公司链条35t/h供电蒸汽550019.44重庆某集团沸腾炉35t/h蒸汽450019.24长春某电力公司链条80t/h供暖490012.87吉林某微电子公司链条6t/h蒸汽400012.04从上表中可以看出，本发明的纳米燃煤催化剂，适用的企业非常多，节煤率普遍可以提高10％以上。本发明的纳米燃煤催化剂的催化裂解燃烧原理：纳米规格渗透类组分：本发明的纳米燃煤催化剂的纳米超高细分子篩比表面积及孔容非常大(500～1000㎡/g),用量虽小，但覆盖面积大、渗透活性能力强。每10g催化剂中就可能有几十亿个小微粒分子在相互运动，能均匀的分散到物质内外，快速充分的与反应物接触；而载体中的渗透类组分在煤分子间隙中大量分散运动，保证了催化剂最大程度上与煤炭面接触，从而更大程度上发挥催化剂的催化作用。催化裂解类组分：本发明的纳米燃煤催化剂，在较低温度下就能释放出大量的含氧游离基与煤中的可燃物结合，降低反应活化能，促进燃烧。随着燃烧的进行，煤中的大分子有机物越来不易燃烧，而催化剂通过络合催化反应能够快速使大分子碳链(c＝c)发生裂解，最后产生较小分子或较低分子化合物使燃烧更加容易充分，从而提高燃烧效率。本发明的纳米燃煤催化剂催化氧化脱硫原理：本发明的纳米燃煤催化剂氧化脱硫法由于反应条件温和，在较低温下就可以与煤炭中可燃物结合，释放含氧游离基，并缩短反应达到平衡的时间，达到较好的脱硫效果。本发明的纳米燃煤催化剂分子篩晶粒尺寸极小(10-9-10-7m)，比表面积大，能均匀分散在煤分子间隙中，在燃烧过程中热量能及时均匀扩散，避免了炉内局部温度过高，从而保证了碱土金属氧化物活性，使其能最大限度和sox进行反应(氧化还原)，对于大小分子硫化物都具有显著氧化脱除效果。并最终以硫酸根形成，固化在灰渣中排出，同时本发明的燃煤催化剂也通过络合反应使sox与煤中的阳离子、钙与镁等结合成为无机盐排出。本发明的纳米燃煤催化剂节能减排原理：本发明的纳米燃煤催化剂是对可燃物质进行瞬间催化，并产生活性氧，以极快的速度助燃，达到充分燃烧的效果。本发明的燃煤催化剂在全部燃料燃烧反应过程中有以下特点：添加量比例极低；安全方便；使反应速度加快；使反应能在相对较低温下发生；降低反应中所需要的活化能；没有二次污染；是对可燃物质进行瞬间催化，并产生活性氧以极快的速度助燃，达到完全燃烧的效果；使用本发明的燃煤催化剂4周后，附着在炉堂內积垢开始脱落；3个月左右即可有效清除积垢，提高导热性，进而降低燃料损耗。此外，本发明的燃煤催化剂应用范围广泛：可适用于3000大卡以上的各种类煤炭；可适用链条炉、往复炉、沸腾炉、煤粉炉、锻造炉、窑炉等炉型。本发明的燃煤催化剂具有节能、环保双重功效：通过能源、环保监测部门的跟踪监测，其节煤率在一般工业锅炉可达到，降低so2、co排放及格林曼系数等效果显著。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种纳米燃煤催化剂，其特征在于，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂30-35％，催化剂载体15-30％，钛催化剂20-25％，稀土元素5-10％。
2.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述含钛界面活性剂为：钛酸丁酯与十六烷基三甲基氯化铵和苄基三甲基氯化铵的混合物。
3.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述含钛界面活性剂为钛酸异丙酯与正十二胺的混合物。
4.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述催化剂载体为斜发沸石和硅藻土的混合物，且所述斜发沸石和硅藻土的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述斜发沸石为天然斜发沸石经硝酸钙改性而成。
6.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述硅藻土的的颗粒尺寸为100-200微米。
7.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述钛催化剂为纳米二氧化钛。
8.根据权利要求1所述的纳米燃煤催化剂，其特征在于，所述稀土元素包括氧化钬和氧化锆中的至少一种。
技术总结本发明涉及一种纳米燃煤催化剂，包括以下质量组分的原料：含钛界面活性剂30‑35％，催化剂载体15‑30％，钛催化剂20‑25％，稀土元素5‑10％。本发明的纳米燃煤催化剂可以混于各种燃煤中燃烧，在达到燃烧目的的同时，即能大量节省燃料，又能将废气中二氧化硫，硫化氢等有毒气体不排入大气，是一种环保型的燃煤催化剂；可适用于3000大卡以上的各种类煤炭；同时可适用链条炉、往复炉、沸腾炉、煤粉炉、锻造炉、窑炉等多种炉型；具有节省燃煤、除焦脱垢、减排毒气、添加量小，以及延长锅炉期限等效果。
技术研发人员：孙刚
受保护的技术使用者：西安美刚达科技发展有限公司
技术研发日：2019.09.12
技术公布日：2021.03.12
