CN102295970B

CN102295970B - 一种燃煤助燃剂

Info

Publication number: CN102295970B
Application number: CN 201110215082
Authority: CN
Inventors: 冯恩娟; 傅秀新; 赵洪义; 朱化雨
Original assignee: Shandong Hongyi Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Conch Material Technology Co ltd
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102295970A

Abstract

本发明提供了一种燃煤助燃剂，包括分散剂5～10％；渗透剂5～10％；氧化剂35～50％；催化剂35～50％；乳化剂5～10％；其中所述氧化剂为硝基苯酚和甲基叔丁基醚的混合物；所述催化剂为纳米级金属氧化物。本发明提供的燃煤助燃剂催化助燃效率高、安全环保。本发明还提供了一种燃煤助燃剂的制备方法。

Description

一种燃煤助燃剂

技术领域

本发明涉及助燃剂及其制备领域，尤其涉及一种燃煤助燃剂。

背景技术

我国是一个产煤大国，同时也是一个用煤大国，建国以来，煤炭在我国一次能源消费构成中占75％左右，预计到2050年这一比例仍将高达50％以上。在一个较长的时期内，煤炭仍将在我国能源利用领域处于主导地位。建设资源节约型，环境友好型社会是我国的一项长期的任务，因此合理利用煤炭资源，提高煤炭的燃烧效率，不仅具有较高的经济效益，同时也具有重大的社会意义。而目前使用燃煤助燃剂是提高煤炭燃烧效率的主要途径。

煤用催化助燃剂大致分为四大类：第一类以强氧化剂(如硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐)为主，或辅以工业盐、MnO₂、Fe₂O₃、糖、尿素、磷及硫化锑等，或辅以CaO、MgO、Na₂O的固硫剂；第二类以各种金属氧化物及尾矿为主；第三类以低分子醇类为主；第四类以金属羧酸盐类为主，包括醋酸盐、草酸盐、琥珀酸盐、脂肪酸盐等有机酸盐。

第一类以强氧化剂为主原料的助燃剂，虽对降低了材料的燃点，对促进燃烧有一定的效果，但是，所述速燃性强氧化剂稳定性差，受热后迅速分解、对燃烧体系作用间短，实际功效有限。同时，所述速然性强氧化剂属于易燃易爆材料，在加工、运输、储存及使用过程中容易出现安全问题。

第二类煤用助燃剂实质上侧重于金属离子的催化助燃作用，其产量大，由于选用的为一定粒度的固体矿物颗粒，须经干燥、分解、扩散过程才能发挥作用。由于燃烧是个快速反应，二价金属离子期望起的催化裂解反应是个慢速反应，必须经过吸附、络合、裂解、解析等过程，其作用不及时。如果选用不当，会导致催化助燃效率下降，废渣和飞灰量大，不环保。

第三类煤用助燃剂实质上仅相当于增加燃料的易挥发性，对燃料本身的燃烧促进作用不大。另外，考虑到助燃剂添加量大，对锅炉结焦和低负荷稳燃、减轻环境污染方面基本不起作用，因而限制了其使用用途。

第四类以金属羧酸盐类为主，由于金属羧酸盐的不稳定性，低的有机溶解度，在燃烧过程中容易成盐或氧化物失活。其催化机理与第二类煤用催化剂类似。效果也不是太理想。对于持续稳定高效燃烧、防止结渣与高温腐蚀的要求也比较难达到。

所以现有技术使用的燃煤助燃剂存在以下问题，1、不能保证催化剂在加工、运输、储存和使用过程中的安全性；2、催化助燃效率低、环境污染大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种催化助燃效率高、安全环保的燃煤助燃剂。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种燃煤助燃剂，按质量百分比计，包括：

分散剂5～10％；

渗透剂5～10％；

氧化剂35～50％；

催化剂35～50％；

乳化剂5～10％；

其中所述氧化剂为硝基苯酚和甲基叔丁基醚的混合物；所述催化剂为纳米级金属氧化物。

优选的，所述硝基苯酚和甲基叔丁基醚按质量比为1∶(1～3)。

优选的，所述分散剂为聚乙二醇。

优选的，所述渗透剂为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯和烷基磷酸酯中的一种或几种。

优选的，所述纳米金属氧化物为纳米二氧化铈、纳米二氧化钛或纳米氧化铁中的一种或几种。

优选的，所述纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁按质量比为：(1～2)∶(2～4)∶(1～2)，

优选的，所述乳化剂为EO摩尔数为5～10的乳化剂。

优选的，所述EO摩尔数为5～10的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚与硫化蓖麻油按质量比为(1～4)∶1得到的混合物。

本发明还提供了一种燃煤助燃剂的制备方法，包括：

按重量百分比计，将催化剂35～50％与分散剂5～10％混合，高速搅拌，得到催化剂溶液；

将所述催化剂溶液与所述乳化剂5～10％、氧化剂35～50％、渗透剂5～10％混合，剪切乳化，得到燃煤助燃剂；

本发明煤炭助燃剂是根据煤的催化燃烧和催化脱硫机理进行研制。在燃烧煤中添加少量液态煤炭助燃剂，通过渗透、催化、氧化、金属离子间交换等作用，可降低碳氧化反应的活化能，从而降低了煤炭的着火点。降低排烟的黑度，并使二氧化硫通过化学反应变为多种硫酸盐被固定在残渣中，从而减少二氧化硫的排放量，达到煤炭清洁燃烧的目的。

煤炭助燃剂的主要作用是和煤中的C-C键之间形成新的化学键，破坏了原有的碳链，使原有的长链分解为短的碳链，增加煤的透气性，易于燃烧，同时因为其具有携氧能力能促进煤的燃烧，提高了热效率达到节煤的效果。同时有利于挥发分和细煤粉的燃烧，提高燃烧速度和完全度，改善煤炭燃烧时生成的焦渣的分散性，减少和降低了燃烧室壁、锅炉壁等处的结渣和腐蚀，从而提高了燃烧和传热效率，可使烟气挥发物和飞灰含碳量大幅度降低。对于煤粉炉为了减少飞灰造成的不完全燃烧，可采用二次风组织悬浮物的燃烧。它的作用是加强悬浮内空气与烟气混合及扰动，同时增长细煤粉在炉内停留的时间。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种燃煤助燃剂，包括：

分散剂5～10％；

渗透剂5～10％；

氧化剂35～50％；

催化剂35～50％；

乳化剂5～10％；

分散剂的作用是将催化剂均匀的分散，避免纳米级金属氧化物与有机物混合后发生沉淀和团聚。因此在选择分散剂时，应选择具有两亲性的分散剂，既能溶于水，又能溶于有机溶剂中的化合物，因此，本发明优选使用聚乙二醇作为分散剂，因为聚乙二醇上的大量氧的存在使其能够溶于水和/或有机物中。由于聚合度的不同，聚乙二醇的性质也有一定的区别和局限性，比如溶解度、分散性等等，本发明更优选使用聚二乙醇200或聚乙二醇400，分散效果最好。

渗透剂能在煤炭表面发生强烈吸附，并沿表面裂纹延伸到煤炭内部，使助燃剂分散的更为均匀，作用面加大。按照本发明，所述渗透剂优选为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯或烷基磷酸酯中第一种或多种。所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯或烷基磷酸酯中的脂肪醇优选为10～15个碳的直连醇，烷基优选为10～15个碳的烷基。EO链接优选为2～5个。最优选为等比例混合的十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二醇聚氧乙烯醚磷酸酯和十二烷磷酸酯的混合物。

氧化剂为硝基苯酚和甲基叔丁基醚按重量比优选为1∶(1～3)的混合物，所述重量比更优选为1∶2，。按照本发明，所述硝基苯酚优选为对硝基苯酚、邻硝基苯酚、间硝基苯酚中的一种，更优选邻硝基苯酚，因为其结构的特点，硝基稳定，能量特性优良，硝基和酚羟基中的氧可作为助燃剂，在炉膛内高温作用下可发生局部微爆，即二次雾化现象，使物料混合更均匀，并产生易燃气体一氧化碳有助于燃烧。甲基叔丁基醚含氧量较高，且有抗爆功能，与硝基苯酚共同使用，可保证助燃剂产品在生产、运输、使用过程中的安全。

按照本发明，所述催化剂选用纳米级金属氧化物，更优选为纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁。选用纳米材料能够增大催化剂与煤的接触面积，作用充分。高温中的碳和挥发气体具有还原性，使得高价态氧化物成分被还原成低价态还原物质，具有良好的还原性，能够快速吸附氧化性强的氧气，加速氧气与煤的接触速度，使煤快速充分燃烧。按照本发明，所述催化剂更优选为纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁按照重量比优选为(1～2)∶(2～4)∶(1～2)的混合物，所述重量比最优选为1∶2∶1。

另外，使用金属氧化物作为催化剂还能够减少燃煤气体中的硫化物煤中SO₂的含量。具体原理如下：

在煤中含有一定量的矿物质，这些矿物质组分在受热过程中会产生一些金属氧化物，其中CaO，MgO，K₂O和Na₂O等可与SO₂进行固硫反应，因此煤有一定的自身固硫能力。固硫过程的化学反应有：

CaCO₃(s)→CaO(s)+CO₂(g)

SO₂(g)+1/2O2(g)→SO₃(g)

SO₃(g)+CaO(s)→CaSO₄(s)

SO₂(g)+CaO(s)→CaSO₃(s)

CaSO₃(s)+1/2O2(g)→CaSO₄(s)

CaSO₄(s)→CaO(s)+SO₂(g)+1/2O2(g)

以氧化铁、二氧化钛或二氧化铈等具有还原性的金属氧化剂作为催化剂能够催化SO₂(g)+1/2O2(g)→SO₃(g)和SO₂(g)+CaO(s)→CaSO₃(s)这两个反应，加快CaSO₃氧化成CaSO₄，提高固硫反应进程，有利于固硫，较大幅度提高了煤粉的固硫率，此外氧化铁具有助熔作用，可降低灰中硅酸盐物的熔点，生成易熔的一系列共熔物，即低温共熔物形成的玻璃态物质，它包裹在CaO和CaSO₄颗粒团表面，一定程度阻止了CaSO₄分解的SO₂逸出，提高固硫率。

按照本发明，所述燃煤助燃剂中还包括了乳化剂，乳化剂能够降低氧化剂、催化剂和渗透剂以及煤表面张力，使氧化剂和催化剂能够更好的分散，促进燃煤助燃剂混合均匀，降低了燃煤助燃剂的制备难度，同时在燃煤助燃剂使用时能够加速所述燃煤助燃剂在煤中的渗透以及增加接触面积，使所述燃煤助燃剂作用更充分。按照本发明，所述乳化剂优选为壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚等非离子乳化剂，或EO摩尔数为4～10的乳化剂，最优选为EO摩尔数为9～10的壬基酚聚氧乙烯醚。稳定性好，使所述燃煤助燃剂不易分层。另外还可以使用硫酸化蓖麻油与所述壬基酚聚氧乙烯醚混合得到混合，剪切乳化剂，所述壬基酚聚氧乙烯醚与所述硫酸化蓖麻油按重量比优选为(1～4)∶1，更优选为2∶1。硫酸化蓖麻油具有优异的乳化性能且价格低，在保证性能的情况下降低成本。

本发明还提供了一种燃煤助燃剂的制备方法，包括：按重量百分比计，将催化剂35～50％与分散剂5～10％混合，高速搅拌，得到催化剂溶液；

按照本发明，将催化剂与分散剂混合，得到催化剂溶液；所述催化剂溶液的制备在高速搅拌设备，优选为高速搅拌机中进行，高速搅拌机的转速调节范围优选为80rpm-1250rpm，更优选转速为100～200rpm，最优选为150rpm将所述催化剂溶液与乳化剂、氧化剂、渗透剂混合剪切乳化，所述剪切乳化时乳化机的转速优选为：3160rpm～13750rpm，更优选为8000rpm。乳化机处理速度为3000L/H，100kg物料需1～3min。

以下为本发明具体实施例：

实施例1

按照表1中实施例1的原料配方将纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁与聚乙二醇200混合经过高速搅拌，得到催化剂溶液，向所述催化剂溶液中依次加入壬基酚聚氧乙烯醚和硫酸化蓖麻油、间硝基苯酚、甲基叔丁基醚、十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸酯，经过剪切乳化，高速搅拌得到所述燃煤助燃剂。以上操作均在常温常压下进行。制备催化剂溶液时，所述高速搅拌机的转速为150rpm。剪切乳化时，乳化机转速为8000rpm。乳化机处理速度为3000L/H。

实施例2

按照表1中实施例2的原料配方将纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁与聚乙二醇200混合经过高速搅拌，得到催化剂溶液，向所述催化剂溶液中依次加入壬基酚聚氧乙烯醚和硫酸化蓖麻油、间硝基苯酚、甲基叔丁基醚、十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸酯，经过剪切乳化，高速搅拌得到所述燃煤助燃剂。以上操作均在常温常压下进行。制备催化剂溶液时，所述高速搅拌机的转速为150rpm。剪切乳化时，乳化机转速为8000rpm。乳化机处理速度为3000L/H。

实施例3

按照表1中实施例3的原料配方将纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁与聚乙二醇200混合经过高速搅拌，得到催化剂溶液，向所述催化剂溶液中依次加入壬基酚聚氧乙烯醚和硫酸化蓖麻油、间硝基苯酚、甲基叔丁基醚、十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸酯，经过剪切乳化，高速搅拌得到所述燃煤助燃剂。以上操作均在常温常压下进行。制备催化剂溶液时，所述高速搅拌机的转速为150rpm。剪切乳化时，乳化机转速为8000rpm。乳化机处理速度为3000L/H。

表1 实施例1～实施例3的原料及含量

本发明实施例1制备的助燃剂在山东费县热电有限公司型号为YG-75/3.82-M6的中温中压循环流化床锅炉上进行试验，助燃剂由计量泵喷入喂煤皮带机，加入量为0.05wt％。结果如下：

表2实施例1制备的助燃剂助燃实验结果

序号	名称	单位	加助燃剂前	加助燃剂后	差值
						1	吨标煤产汽量	t/t	7.16	8.07	0.91
2	飞灰残碳量	％	7.31	6.51	0.8
						3	底渣残碳量	％	0.99	0.81	0.18
4	锅炉热效率	％	74.76	79.96	5.2
						5	出风口SO₂含量	ppm	263.5	152.2	111.3

根据公式：

α = \frac{L 1 - L 2}{L 2} \times 100 %

其中α为节煤率、L1为添加本发明提供的燃煤助燃剂吨标煤产气量、L2为未添加燃煤助燃剂的吨标煤产气量。根据所述公式可得到节煤率为：12.7％。通过实施例及使用后的检测，使用节煤效率表征所述燃煤助燃剂的催化助燃效率，现有技术中的节煤率均在10％以下，说明本发明提供的燃煤助燃剂能够在助燃相同量的燃煤燃烧时使用的量更少，进一步说明本发明提供的燃煤助燃剂的催化助燃效率高。另外通过实验结果还以看出，在锅炉出风口的二氧化硫含量减少了111.3，说明本发明提供的燃煤助燃剂更加环保。根据所用的原料可以推断，本发明提供的燃煤助燃剂在加工、运输、储存、使用中均不会自爆、自燃，稳定安全。

以上对本发明提供的一种燃煤助燃剂及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种燃煤助燃剂，其特征在于，按质量百分比计，包括：

分散剂 5~10%；

渗透剂5~10%；

氧化剂35~50%；

催化剂35~50%；

乳化剂5~10%；

其中所述氧化剂为硝基苯酚和甲基叔丁基醚的混合物；所述催化剂为纳米级金属氧化物；所述纳米级金属氧化物为纳米二氧化铈、纳米二氧化钛或纳米氧化铁中的一种或几种；

所述分散剂为聚乙二醇；所述渗透剂为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯和烷基磷酸酯中的一种或几种；所述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚和/或硫酸化蓖麻油。

2.根据权利要求1所述的燃煤助燃剂，其特征在于，所述硝基苯酚和甲基叔丁基醚按质量比为1：（1~3）。

3.根据权利要求1所述的燃煤助燃剂，其特征在于，所述纳米二氧化铈、纳米二氧化钛、纳米氧化铁按质量比为：（1~2）:（2~4）:（1~2）。

4.根据权利要求1所述的燃煤助燃剂，其特征在于，所述壬基酚聚氧乙烯醚与硫酸化蓖麻油按质量比为（1~4）:1。

5.一种燃煤助燃剂的制备方法，其特征在于，包括：

按重量百分比计，将催化剂35~50%与分散剂5~10%混合，高速搅拌，得到催化剂溶液；所述分散剂为聚乙二醇；

将所述催化剂溶液与所述乳化剂5~10%、氧化剂35~50%、渗透剂5~10%混合，剪切乳化，得到燃煤助燃剂；所述渗透剂为：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯和烷基磷酸酯中的一种或几种；所述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚和/或硫酸化蓖麻油；

其中所述氧化剂为硝基苯酚和甲基叔丁基醚的混合物；所述催化剂为纳米级金属氧化物；所述纳米级金属氧化物为纳米二氧化铈、纳米二氧化钛或纳米氧化铁中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硝基苯酚和甲基叔丁基醚按质量比为1：（1~3）。