CN103450965A - 一种煤炭燃烧催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种煤炭燃烧催化剂。在3000克质量组分中，硫酸镁400克，镍盐500克，稀土90克，乳化剂10克，水2000克，搅拌为浆状，组成液态煤炭燃烧催化剂。使用时，在煤炭中添加质量百分比为0.1-0.2%的煤炭燃烧催化剂。由于本发明以硫酸镁、镍盐、稀土、乳化剂和水按比例配合组成煤炭燃烧催化剂，能够使煤炭与氧充分接触，在催化的作用下，实现氧化还原反应，达到煤快速燃烧和充分燃烧的效果。适宜作为煤炭燃烧催化剂应用。

Description

一种煤炭燃烧催化剂

技术领域

本发明提出的是燃料领域的一种煤炭燃烧催化剂。

技术背景

煤在燃烧过程中，需要与空气中的氧接触，使碳氧化为一氧化碳或二氧化碳，释放出热量。但由于燃煤种类不同，燃烧性能不同，而且燃烧层厚不同，燃烧方式不同，燃烧器具不同，往往会影响燃烧速度，还会氧化不完全，产生干馏气或一氧化碳，碳颗粒，使燃料不能充分燃烧而释放足够的热量。影响燃煤燃烧性能的直接因素是要供氧充分，而且为了完成碳氧化放热的催化作用。目前有些企业或发明者将各种矿物质加入到燃煤中，作为燃煤添加剂，目的是改善燃煤的燃烧性能，但实际使用效果都无法考证。

发明内容

为了实现燃煤催化助燃，本发明提出了一种煤炭燃烧催化剂。该该催化剂有由硫酸镁、镍盐和稀土组成，通过按比例添加在煤炭中，解决煤炭燃烧催化的技术问题。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

在3000克质量组分中，硫酸镁400克，镍盐500克，稀土90克，乳化剂10克，水2000克，搅拌为浆状，组成液态煤炭燃烧催化剂。

使用时，在煤炭中添加质量百分比为0.1-0.2%的煤炭燃烧催化剂。

积极效果，由于本发明以硫酸镁、镍盐、稀土、乳化剂和水按比例配合组成煤炭燃烧催化剂，能够使煤炭与氧充分接触，在催化的作用下，实现氧化还原反应，达到煤快速燃烧和充分燃烧的效果。适宜作为煤炭燃烧催化剂应用。

具体实施方式

在3000克质量组分中，硫酸镁400克，镍盐500克，稀土90克，乳化剂10克，水2000克，搅拌为浆状，组成液态煤炭燃烧催化剂。

使用时，在煤炭中添加质量百分比为0.1-0.2%的煤炭燃烧催化剂。

所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、溴化镍、氢氧化亚镍、羰基镍其中的一种或多种混合物。

煤炭燃烧机理：

煤炭主要成分是碳和碳氢化合物，还有金属与其它非金属物质。煤炭在燃烧过程中，首先需要点燃，增加煤炭的温度，当煤炭的温度达到碳燃点温度时，与空气中的氧气接触，产生氧化还原反应，使碳或碳氢化合物氧化，形成一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳继续与空气中的氧气接触，被氧化为二氧化碳，并释放热量。所释放的热量使煤炭表面升温，使碳与氧和水汽产生气化，形成碳氢化合物，加速碳的氧化过程，此时，当空气流过大时，将会把未完全氧化的碳以及化合反应产生的碳氢化合物带走，使煤炭中的可燃物质不能达到完全氧化，所以造成煤炭不能完全燃烧，造成浪费。

煤炭在与氧接触的过程中，是靠自然氧化还原反应进行的，当碳与氧接触面小时，燃烧速度慢，当碳处于高温状态时，极易产生干馏效应，使碳转化为碳氢化合物，极易逸出燃烧层，也会造成燃料的浪费。

碳燃烧是氧化还原反应过程，煤炭处于燃烧状态时，反应呈连续性，直至碳完全氧化，而事实上，碳颗粒表面在燃点状态下，容易燃烧，而当碳颗粒内部不易与氧气接触或燃烧温度过低的情况下，则碳颗粒内部的碳不易与空气接触而燃烧，所以造成煤炭燃烧不完全，形成剩余残炭，也会造成燃料的浪费。

根据煤炭的燃烧机理，在煤炭中加入催化剂，则会使碳的活化能得到提高，促进与氧的反应，同时促进一氧化碳和碳氢化合物转化为二氧化碳，使碳完全氧化放热。

实际效果验证：

以不添加煤炭燃烧催化剂的煤燃烧作为对照。

取燃煤量0.1%的煤炭燃烧催化剂添加到煤中，进行点燃燃烧，经过煤燃烧殆尽后对煤渣进行碳的检测，通过残碳的剩余量来判定煤燃烧的完全性，同时对排出的烟气中的一氧化碳和碳氢化合物的检测。

经过试验验证，添加有煤炭燃烧催化剂的煤燃烧后，残碳含量为0.5%，燃烧完全时间为1小时；对照组残碳含量为5%，燃烧时间为1.5小时。烟气中一氧化碳和碳氢化合物含量为0.05%。

经过多组重复试验，其效果基本相同，证明添加有煤炭燃烧催化剂的煤燃烧时间短，燃烧充分，热能利用率高。

硫酸镁在燃煤中的作用：硫酸镁中含有镁原子，硫酸镁在热的作用下，首先脱出结晶水，然后电离为硫离子、氧离子和镁离子，硫离子与氧接触形成氧化硫，氧离子与碳接触，形成氧化碳并释放热量，而镁离子与氧接触，形成氧化镁，为生热反应，并释放光芒，使能量扩散。氧化硫与碳反应，能够增加氧化碳的形成，因为碳比硫更为活波，所以硫容易被还原为单质硫或与煤炭中的灰分形成硫化物。氧与碳实现碳的氧化反应，释放出来大量的热量，为主要产热过程；镁形成氧化镁的过程，不但放热，而且还能够进行光热辐射，增加碳原子周围的碳原子的活化能，起到煤炭燃烧的催化作用。

镍盐在燃煤中的催化作用：

通过资料查询，镍盐具有催化作用，尤其是作为加氢催化剂。

煤炭燃烧，产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物，而空气中的水分子和碳燃烧产生的水分子在高温的作用和气流作用下，极易将未完全燃烧所产生的一氧化碳和碳氢化合物带走，造成燃烧不完全。而有镍盐存在的情况下，镍能够促进水分子分解产生的氢和碳氧化所产生的氢与漂移碳形成容易氧化燃烧的碳氢化合物，并继续与氧结合，使碳氢化合物完全转化为二氧化碳，继续释放热量。

稀土在煤炭燃烧中的催化作用：

稀土中含有稀土氧化物，按成分分为轻稀土、中稀土和重稀土。其中：

轻稀土，P204弱酸度萃取，镧、铈、镨、钕和钷；

中稀土，P204低酸度萃取，钐、铕、钆、铽和镝；

重稀土，P204中酸度萃取，钬、铕、铒、铥、镱、镥和钪。

铈组，硫酸复盐难溶，镧、铈、镨、钕和钷；

铽组，硫酸复盐微溶，钐、铕、钆、铽、镝和钬；

钇组，硫酸复盐易溶，铕、铒、铥、镱、镥和钪。

根据有关资料介绍：

当稀土具有4f¹和4f⁸原子结构时，外层有空置电子层，所以具有催化活性。

以汽车应用稀土铈作为催化剂为例：

在汽车燃料催化剂中，已经利用了稀土的催化性能。在汽油碳氢化合物燃烧时，当燃料过剩贫氧时，释放CO₂，促进CO和CH氧化，形成CO₂。

当空气过剩富氧时，二氧化铈起还原作用，与NO_X作用，将NO_X从排放气体中除去，得到二氧化铈，起到了良好的调节空燃比作用。

当空气与燃料混合物处于化学计量比的条件下，二氧化铈起到催化作用，促进CO与水蒸气重整反应，减少CO和CH的含量。

当本发明煤炭催化剂添加到煤炭质地密度大、容易结焦的煤种中使用时，效果更加明显。

本发明以硫酸镁、镍盐和稀土混合物作为煤炭燃烧催化剂，利用硫酸镁中镁的燃烧与热辐射作用，使空气中的氧渗透到煤炭颗粒内部，增加燃烧面；利用镍盐的加氢催化作用，使碳与氢反应，形成容易氧化燃烧的碳氢化合物，催化促进碳完全氧化生热。利用稀土元素的化学催化作用，增加碳的活化能，使碳和干馏产生的碳氢化合物迅速氧化，并使一氧化碳催化转化为二氧化碳，使碳完全燃烧放热，改善煤炭燃烧性能，加快煤炭的燃烧速度。

本发明的煤炭催化剂能够在原煤、粉煤，常规锅炉或沸腾炉所使用的煤炭中添加使用。

Claims (3)

1.一种煤炭燃烧催化剂，其特征是：

在3000克质量组分中，硫酸镁400克，镍盐500克，稀土90克，乳化剂10克，水2000克，搅拌为浆状，组成液态煤炭燃烧催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭燃烧催化剂，其特征是：所述镍盐为硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍、溴化镍、氢氧化亚镍、羰基镍其中的一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭燃烧催化剂，其特征是：煤炭燃烧催化剂在煤炭中的使用量为煤炭质量百分比的0.1-0.2%。