CN102229834A - 一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂及其制备方法，旨在提供一种使用成本价格低廉的添加剂及其制备方法。通过采用功能高分子材料对催化剂的表面修饰，既增加了催化剂的稳定性，又提高了催化剂的活性和分散性，更易于吸附在煤炭的表面促进燃烧，使煤炭燃烧更充分、更安全，提高煤炭的燃尽率并将煤炭有害物质尽可能的固定到煤灰分中，达到清洁燃烧的目的。本发明通过下述技术方案予以实现：将功能高分子材料和分散稳定剂，于40～120℃在反应釜内反应，边搅拌边加入催化剂，反应1～6小时；后经剪切、研磨、均质、过滤和分离工艺，实现成品的粒径控制；加入助表面活性剂，冷却至室温即得煤炭燃烧的高分子功能添加剂。

Description

一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂及其制备方法

技术领域

     本发明涉及一种添加剂，特别涉及一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂及其制备方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，但也因此产生了严重的环境污染问题.煤的清洁燃烧是煤的洁净技术的重要组成部分，也是实现可持续发展，解决我国大气污染的主要措施。2010年我国产煤超30亿吨，其中70%直接用于燃烧。由于燃烧技术落后，燃烧不完全，燃烧效率低等原因，能级不高的劣质煤不被利用或浪费，能源浪费比较严重。在当今节能减排被各个国家列为重点监控的情况下，提高能源利用效率、降低污染物的排放，尤其提高煤炭的有效利用，是具有社会和经济双重效益的课题之一。

发明内容

本发明的目的是通过在煤中加入一种高分子功能添加剂，提高煤炭的燃尽率并将煤炭有害物质尽可能的固定到煤灰分中，降低煤炭燃烧过程中SO2和NOx的排放，达到清洁燃烧的目的；并提供其制备方法。

本发明采用下述技术方案：将占高分子功能添加剂质量为10～60%的功

能高分子材料和10～25%分散稳定剂，于40～120℃在反应釜内反应，边搅拌边加入占高分子功能添加剂质量为5～25%催化剂，反应1～6小时；经剪切、研磨、均质、过滤和分离工艺，实现成品的粒径控制；加入占高分子功能添加剂质量为5～40%的助表面活性剂，冷却至室温即得煤炭燃烧的高分子功能添加剂。

采用上述技术方案的高分子材料的分子结构为：

或

      

中的一种或几种的混合物， 其中： a为1～50的自然数；m为0～99的自然数；n为0～99的自然数。

     上述功能高分子材料的优选加入量是高分子功能添加剂重量的30～55%。

    采用上述技术方案的分散稳定剂为具有分子结构为

，中的一种或几种的混合物；其中：R₁为含1～20炭元素的烷烃；R₂为含0～20炭元素的烷烃、烯烃和含不饱和双键的酰氧基；Y为-NH₂,N-β-氨乙基,含1～10炭元素的烯烃酰氧基；x为1、2或3。

    上述分散稳定剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的5～15%。

为减少煤炭燃烧对大气的污染，就是要将煤炭有害物质尽可能的固定到煤灰分中，降低有害物质的排放。根据氧传递理论认为助燃剂在加热条件下，金属氧化物被还原成金属，然后吸附氧气，再被氧化成金属氧化物；金属氧化物遇到炭又被还原为金属。金属一直处于氧化-还原循环过程中，实现了氧气的快速传递作用，促进煤炭的燃烧速度。电子转移理论认为助燃剂中的金属离子在加热过程中可以被活化，从而发生电子转移，成为电子给予体。金属表面形成空穴，这影响到炭表面的电子结构发生变化。这种电荷转移加速某些反应，提高燃烧速度，让炭燃烧更充分。

为此采用上述技术方案的催化剂选自：环烷酸、异辛酸的钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的盐以及乙酰丙酮的钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的络合物盐，镧系稀土金属和钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的氧化物中的一种或或几种的混合物；优选催化剂为镧系金属氧化物、乙酰丙酮铝铁、二氧化钛、异辛酸镍、异辛酸钴、环烷酸钴、环烷酸镍中的一种或几种的混合物。

上述催化剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的2～10%。

而为提高煤炭的燃烧效率，就是要让煤燃烧得更充分、更完全；为此采用上述技术方案的助表面活性剂选自直链烷烃醇、直链烷烃醇醚、多元醇、邻苯二甲酸酯、硝基苯酚中的一种或或几种的混合物；优选丙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、对硝基苯酚中的一种或或几种的混合物。

上述助表面活性剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的10～40%。

综上所述，本发明的有益效果是：因功能高分子功能添加剂是液态，添加量小，添加量相对于煤炭质量的200～800ppm，使用成本价格低廉；由于采用了功能高分子材料对催化剂的表面修饰，既增加了催化剂的稳定性，又提高了催化剂的活性和分散性，更易于吸附在煤炭的表面促进燃烧，使煤炭燃烧更充分、更安全；适用于高硫含量（ 为什么适合高硫含量的煤炭 ）的煤炭直接燃烧，大幅度降低烟气中SO2含量，SO2排放量下降40%以上，同时降低NOx排放达15%以上，减少了煤炭燃烧对环境的污染。

附图说明

图1是功能高分子材料的两种分子结构；

图2是分散稳定剂的分子结构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

具体实施例1：

本实施例中选用的功能高分子材料：聚乙二醇单甲醚（EO=4～75）：30g，壬基酚聚氧乙烯醚（EO=8～10）：10g，脂肪醇聚氧乙烯醚（EO=4～23）：10g；分散稳定剂：N-β-（氨乙基）氨丙基三甲氧基硅烷：8 g；置于反应釜内，升温至70℃，缓慢加入催化剂异辛酸钴：5g，氧化镧：5g，边搅拌边反应3小时；后经过研磨、均质、过滤和分离工艺，控制乳液粒径在0.1微米以下，加入助表面活性剂邻苯二甲酸二辛酯17g，对硝基苯酚15g，搅拌至均一液体，冷却得到溶液即为煤炭燃烧的高分子功能添加剂。本高分子功能添加剂适用于含硫量为0.5～1.5%，挥发分为20～35%，热值4500～5500Kcal/kg的煤种。使用计量泵按煤炭重量600ppm喷雾喷洒在煤炭颗粒表面，混合均匀后直接进入YG-130/3.82流化床锅炉燃烧，节煤率为10～25%，烟气中SO2含量下降55%，NOx含量下降17.2%。

具体实施例２：

本实施例中选用的功能高分子材料：烯丙基聚氧乙烯醚（EO=6～23）：10g，脂肪醇(碳原子4～16)聚氧乙烯氧化丙烯醚（EO=25～45，PO=8～17）：25g；分散稳定剂：3-氨基丙基三乙氧基硅烷：15g；置于反应釜内，升温至100℃，缓慢加入催化剂乙酰丙酮铝：3g、环烷酸镍：5g、二氧化钛7g，边搅拌边反应2.5小时；然后经过研磨、均质、过滤和分离工艺，控制乳液粒径在0.05微米以下，然后加入助表面活性剂：甲氧基聚乙二醇：15g、邻苯二甲酸二丁酯：5g、丙二醇：15g，搅拌均匀，冷却得到溶液即为煤炭燃烧的高分子功能添加剂。本高分子功能添加剂适用于含硫量为1.0～2.0%，挥发分为32～40%，热值3800～4200Kcal/kg的煤种。使用计量泵按450ppm喷雾喷洒在煤炭颗粒表面，混合均匀后直接进入型号为YG-75/3.82-M6循环流化床锅炉燃烧，节煤率为8～14%，烟气中二氧化硫含量下降72%，NOx含量下降22.5%。

具体实施例3：

本实施例中选用的功能高分子材料：聚乙二醇单甲醚（EO=4～45）：55g；分散稳定剂：γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷：10g，置于反应釜内，升温至120℃，缓慢加入催化剂环烷酸锰：7g、二氧化钛：1g、氧化钨：2g，边搅拌边反应5小时；然后经过研磨、均质、过滤和分离工艺，控 制乳液粒径在0.5微米以下，最后加入助表面活性剂：丙二醇：5g、邻苯二甲酸二辛酯：15g、对硝基苯酚：5g，搅拌均匀，冷却得到溶液即为煤炭燃烧的高分子功能添加剂。本高分子功能添加剂适用于含硫量为1.0～2.0%，挥发分为5～12%，热值5000～6000Kcal/kg的煤种。使用计量泵按煤炭质量的600ppm滴加在煤炭颗粒表面，经过煤粉球磨（或立磨）磨制到80微米筛筛余1.5～5.0%之间，然后进入水泥厂2500吨/D旋窑（烧成窑规格：φ4×60m，窑速：4.0rpm）燃烧，节煤率在15～30%，熟料的3d和28d抗压强度提高2MPa以上。

Claims (10)

1.一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征是由重量比为

10～60%的功能高分子材料，10～25%的分散稳定剂，5～25%的催化剂，

5～40%的助表面活性剂复合而成。

2.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于功能高分子材料的分子结构为

或

中的一种或几种的混合物， 其中： a为1～50的自然数；m为0～99的自然数；n为0～99的自然数。

3.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于功能高分子材料优选加入量是高分子功能添加剂重量的30～55%。

4.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于分散稳定剂为具有分子结构为

的一种或几种的混合物；其中：R₁为含1～20炭元素的烷烃；R₂为含0～20炭元素的烷烃、烯烃和含不饱和双键的酰氧基；Y为-NH₂,N-β-氨乙基,含1～10炭元素的烯烃酰氧基；x为1、2或3。

5.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于分散稳定剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的5～15%。

6.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于催化剂为：环烷酸、异辛酸的钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的盐以及乙酰丙酮的钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的络合物盐，镧系稀土金属和钴、锰、钼、钙、钠、钨、镍、铁、钛、钾、铝、钒的氧化物中的一种或或几种的混合物；优选催化剂为镧系金属氧化物、乙酰丙酮铝铁、二氧化钛、异辛酸镍、异辛酸钴、环烷酸钴、环烷酸镍中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于催化剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的2～10%。

8.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于助表面活性剂为直链烷烃醇、直链烷烃醇醚、多元醇、邻苯二甲酸酯、硝基苯酚中的一种或几种的混合物；优选丙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、对硝基苯酚中的一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂，其特征在于助表面活性剂的优选加入量是高分子功能添加剂重量的10～40%。

10.根据权利要求1所述的一种应用于煤炭燃烧的高分子功能添加剂的制备方法，其特征在于：将功能高分子材料和分散稳定剂，于40～120℃在反应釜内反应，边搅拌边加入催化剂，反应1～6小时；经剪切、研磨、均质、过滤和分离工艺，实现成品的粒径控制；加入

助表面活性剂，冷却至室温即得煤炭燃烧的高分子功能添加剂。

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