CN101220313B

CN101220313B - 多功能燃煤催化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101220313B
Application number: CN2007100325427A
Authority: CN
Inventors: 曾和平
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangzhou Yi Yi Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: CN101220313A

Abstract

本发明公开了多功能燃煤催化剂及其制备方法，该多功能燃煤催化剂，以摩尔份数计，该燃煤催化剂由如下组分组成：氧化物1～25份；卤化物2～10份；氢氧化合物1～25份；有机金属化合物1～10份；碱金属的盐1～25份；本发明制备成本低，节能，降尘，除硝，脱硫和减少焦垢的生成于一体化；本发明应用于燃煤，不需要对现锅炉进行改造、仅通过添加本发明的催化剂即能达到节能，降尘，除硝和脱硫，并能有效减少焦垢的生成，燃煤节能减排效果。本发明可提高燃煤率10-25％，节电15-20％，脱硫65-80％，减排氮氧化物65-70％、烟灰去除达60-70％，节能增效、减污降耗效果显著。

Description

多功能燃煤催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃煤的节能减排和环境保护领域，具体涉及新能燃材料，并涉及燃煤催化剂的制备与应用。

背景技术

原煤燃烧是我国煤炭的主要利用方式，其中70％以上为工业燃料，民用燃料约占28％。每年耗原煤约6亿吨，平均热效率仅为55％，民用燃煤近2亿吨。大气污染主要来源于工业和民用燃煤，燃烧过程中产生(1)烟尘约占大气污染物总量的70％；(2)大量煤在燃烧过程中释放出SO₂、NO_X等污染物而带来严重的酸雨和其他环境污染问题。世界各国从上世纪70年代开始就进行酸雨的控制研究工作，但工程应用进展缓慢，到上世纪末开始加快了酸雨的控制，重点放在了SO₂的治理上，有力促进了SO₂的治理工作，有效控制了酸雨区的扩散。与SO₂相比，NO_X不但对酸雨的形成影响很大，而且还是光化学烟雾形成的催化剂，其对大气的污染要远大于SO₂形成的污染，因此，研究燃煤除硝催化剂引起关注。日本专利JP 57027135A，中国发明专利CN 1475305ACN 1785522A都公开了脱硫脱硝燃煤催化剂，但是该燃煤催化剂并不能实现节能和降尘的目标。实际上，烟尘对环境污染也是不可小视的。

发明的内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种节能，降尘，除硝，脱硫和有效减少焦垢的生成于一体的燃煤催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述燃煤催化剂的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

多功能燃煤催化剂，以摩尔份数计，该燃煤催化剂由如下组分组成：

氧化物1～25份；卤化物2～10份；氢氧化合物1～25份；有机金属化合物1～10份；碱金属的盐1～25份；所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的一种或者多种；所述卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物中的一种或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMnO4、Na₂CO₃或K₂CO₃。

所述的碱金属氧化物为Na₂O、K₂O或Cs₂O；所述的碱土金属氧化物为CaO、MgO或BaO；所述的过渡金属氧化物为FeO、MnO、NiO、CuO、CoO、SbO、HgO、VO、WO、MoO或TiO₂。

所述的碱金属卤化物为NaX、KX或CsX；所述的碱土金属卤化物为CaX₂、MgX₂或BaX₂；所述的过渡金属卤化物为FeX₂、MnX₂、CuX₂或HgX；其中X为氟、氯、溴或者碘。

所述的碱金属氢氧化合物为NaOH、KOH或CsOH；所述的碱土金属氢氧化合物为Ca(OH)₂、Mg(OH)₂或Ba(OH)₂；所述的过渡金属氢氧化合物为Fe(OH)₂或Al(OH)₃。

所述的过渡金属有机化合物为醋酸锌、醋酸铜、醋酸铁或醋酸镍。

该催化剂在温度为1000℃时，失重30～50％。

多功能燃煤催化剂的制备方法：以摩尔份数计，将氧化物1～25份、卤化物2～10份、氢氧化合物1～25份、有机金属化合物1～10份和碱金属的盐1～25份混合，过筛，得燃煤催化剂；所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的一种或者多种；所述卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物中的一种或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMnO₄、Na₂CO₃或K₂CO₃。所述的过筛是将反应完毕的混合后过100目筛。

燃煤催化剂作用机理：燃煤催化剂在煤炭燃烧中能有效地降低煤炭着火温度(见图1)，同时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。在116℃-273℃催化剂为放热阶段，同时释放活性小分子，与原料煤在燃烧过程产生的NOx进行高温化学反应，消耗掉原料煤在燃烧过程中产生的NOx，生成N₂和H₂O；达到了除硝的目的。在273℃-751℃温度区段，催化剂也是放热阶段，为原料煤在燃烧中提供氧和热能，提高了煤炭颗粒的燃烧速度，即使煤质不好，通过加入催化剂，也可以保证锅炉的燃烧情况和出力负荷，充分利用了煤炭资源，从而达到了烟尘的排放。燃煤催化剂中大量的活性成分，如钙、铁、镁等离子，最大限度的和SOx进行反应，并最终使其以硫酸盐的形式固定在煤灰中，达到脱除SOx的作用(见图2)。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点或效果：

(1)本发明制备成本低，节能，降尘，除硝，脱硫和减少焦垢的生成于一体化；

(2)本发明制备工艺简单，只需简单的混合装置，常压下便可以进行；对于实验设备要求低，只需要普通混合装置，便于大批量生产；

(3)本发明应用于燃煤，不需要对现锅炉进行改造、仅通过添加本发明的催化剂即能达到节能，降尘，除硝和脱硫，并能有效减少焦垢的生成，燃煤节能减排效果，可提高燃煤率10-25％，节电15-20％，脱硫65-80％，减排氮氧化物65-70％、烟灰去除达60-70％，节能增效、减污降耗效果显著。

说明书附图

图1为燃煤燃烧失重图；燃煤的燃点440.72℃。

图2为燃煤中加入0.2％的催化剂失重图。燃煤中加入0.2％催化剂，其燃点为429.57℃；

图3为催化剂失重图。

具体的实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。

实施例1

以摩尔份数计，将Cs₂O 1份，Na₂CO₃ 15份，KMnO₄ 15份，NiO 20份，Al(OH)₃ 15份，醋酸锌10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例2

以摩尔份数计，将Na₂O 10份，CaCO₃ 5份，KMnO₄ 25份，FeO 5份，Al(OH)₃ 10份，醋酸锌1份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例3

以摩尔份数计，将Cs₂O 5份，K₂CO₃ 10份，KMnO₄ 5份，CuO 30份，Al(OH)₃ 1份，醋酸锌1份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

效果如下：

先将大同煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然后采用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取大同煤10g，加入上述实施例2制备的催化剂。催化剂按照煤质量的0.1％放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30℃-1000℃缓慢升温，加入催化剂的大同煤的燃点下降15℃。发热量增加约12％，烟气中的二氧化硫含量约为3.4g/m³，加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.7g/m³，脱硫率48％。烟尘浓度降低36.8％，烟尘排放量降低31.1％。降低NOX排放值的40％。

图1是燃煤燃烧失重图，图中反应煤的燃点为440.72℃.图2是实施例2中燃煤中加入0.2％催化剂的燃点为429.57℃，比不加入催化剂的煤燃点降低了11℃，说明了达到节能效果。图3是催化剂的热重分析，很明显，催化剂随着温度的增加，在116.10℃开始释放热能助燃和活性分子捕捉在煤炭燃烧中产生的NO_X，达到节能除硝；随着温度的升高，继续释放热能助燃和活性分子，达到节能除尘和脱硫作用；催化剂在节能，除硝，降尘和脱硫为一体的功能是目前还没有的。

加入实施例2或者3的催化剂效果相同。

实施例4

以摩尔份数计，将Na₂O 1份，K₂CO₃ 5份，KMnO₄ 5份，FeO 5份，Al(OH)₃ 1份，醋酸镁1份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例5

以摩尔份数计，将K₂O 4份，CaCO₃ 8份，KMnO₄ 25份，CuO 30份，Al(OH)₃ 15份，醋酸镁15份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例6

以摩尔份数计，将Cs₂O 2份，Na₂CO₃ 10份，KMnO₄ 15份，NiO 18份，Al(OH)₃ 10份，醋酸镁10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

效果如下：

先将天池煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过100目筛，然后采用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取天池煤10g，加入上述实施例4制备的催化剂。催化剂按照煤质量的0.2％放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30℃-1000℃缓慢升温，加入催化剂的天池煤的燃点下降11℃。发热量增加约10％，烟气中的二氧化硫含量约为3.2g/m³，加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.8g/m³，脱硫率47％。烟尘浓度降低37.8％，烟尘排放量降低32.1％。降低NO_X排放值的32％。加入实施例5或者6的催化剂效果相同。

实施例7

以摩尔份数计，将Na₂O 1份，CaO 5份，KMnO₄ 5份，FeO 5份，Al(OH)₃ 1份，醋酸铜1份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例8

以摩尔份数计，将K₂O 4份，MgO 10份，KMnO₄ 15份，NiO 30份，Al(OH)₃ 15份，醋酸铜10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例9

以摩尔份数计，将Cs₂O 2份，BaO 8份，KMnO₄ 25份，CuO 15份，Al(OH)₃ 10份，醋酸铜15份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

效果如下：

先将威远煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然后采用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取威远煤10g，加入上述实施例7制备的催化剂。催化剂按照煤质量的0.4％放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30℃-1000℃缓慢升温，加入催化剂的威远煤的燃点下降17℃。发热量增加约14％，烟气中的二氧化硫含量约为3.6g/m³，加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.9g/m³，脱硫率50％。烟尘浓度降低39.8％，烟尘排放量降低34.1％。降低NO_X排放值的46％。加入实施例8或者9的催化剂效果相同。

实施例10

以摩尔份数计，将Na₂O 1份，K₂CO₃ 5份，MnO₂ 15份，CuO 15份，Al₂O₃ 10份，醋酸镍1份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例11

以摩尔份数计，将Cs₂O 4份，CaCO₃ 10份，TiO₂ 5份，NiO 30份，Al₂O₃ 1份，醋酸镍15份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

实施例12

以摩尔份数计，将Cs₂O 2份，CaCO₃ 8份，MnO₂ 25份，FeO 5份，Al₂O₃ 5份，醋酸镍10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。

效果如下：

先将洪雅煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然后采用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取洪雅煤10g，加入上述实施例10制备的催化剂。催化剂按照煤质量的0.5％放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30℃-1000℃缓慢升温，加入催化剂的洪雅煤的燃点下降21℃。发热量增加约20％，烟气中的二氧化硫含量约为3.1g/m³，加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.5g/m³，脱硫率54％。烟尘浓度降低41.2％，烟尘排放量降低36.5％。降低NOX排放值的51％。加入实施例11或者12的催化剂效果相同。

Claims

1.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Cs₂O 1份，Na₂CO₃ 15份，KMnO₄ 15份，NiO 20份，Al(OH)₃ 15份，醋酸锌10份，混合成粉，过100目筛。

2.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Na₂O 10份，CaCO₃ 5份，KMnO₄ 25份，FeO 5份，Al(OH)₃ 10份，醋酸锌1份，混合成粉，过100目筛。

3.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Cs₂O 5份，K₂CO₃ 10份，KMnO₄ 5份，CuO 30份，Al(OH)₃ 1份，醋酸锌1份，混合成粉，过100目筛。

4.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Na₂O 1份，K₂CO₃ 5份，KMnO₄ 5份，FeO 5份，Al(OH)₃ 1份，醋酸镁1份，混合成粉，过100目筛。

5.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：K₂O 4份，CaCO₃ 8份，KMnO₄ 25份，CuO 30份，Al(OH)₃ 15份，醋酸镁15份，混合成粉，过100目筛。

6.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Cs₂O 2份，Na₂CO₃ 10份，KMnO₄ 15份，NiO 18份，Al(OH)₃ 10份，醋酸镁10份，混合成粉，过100目筛。

7.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Na₂O 1份，CaO 5份，KMnO₄ 5份，FeO 5份，Al(OH)₃ 1份，醋酸铜1份，混合成粉，过100目筛。

8.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：K₂O 4份，MgO 10份，KMnO₄ 15份，NiO 30份，Al(OH)₃ 15份，醋酸铜10份，混合成粉，过100目筛。

9.多功能燃煤催化剂，其特征在于，以摩尔份数计，该多功能燃煤催化剂由如下组分组成：Cs₂O 2份，BaO 8份，KMnO₄ 25份，CuO 15份，Al(OH)₃ 10份，醋酸铜15份，混合成粉，过100目筛。