CN108568301A - 一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法 - Google Patents

一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属化工催化剂生产领域，具体涉及一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法。以高品位的含钒物料添加一定量的钡盐作稳定剂，经高温焙烧将V2O5转化成2BaO·V2O5形态配入一定量的赤泥得到混合料，以赤泥中的三氧化二铁作促进剂混合均匀磨至‑100目，制得可弃燃煤，煤气化催化剂。使用时，将该催化剂控制V2O5一定含量添加至燃煤和煤气化的煤中混合均匀作催化剂使用。本发明的有益效果在于：1、可将大量危废赤泥资源化，变废为宝。2、节约能源。3、可节约大量的运输生产成本。

Description

一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法
技术领域
本发明属化工催化剂生产领域，具体涉及一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法。
背景技术
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产一吨氧化铝，附带产0.6-2.0吨赤泥，我国作为世界第四氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数千万吨，综合利用率仅4％，累积储存量达到3.5亿吨，赤泥的处理和处置是一个国际性难题。曾有人将赤泥作煤气化催化剂使用，但因添加量大，气化残渣呈碱性易造成二次污染，且催化效果差，未能在工业上应用。
发明内容
本发明是针对现有的技术问题而提出一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其添加量少，所得催化剂催化效果好。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，以高品位的含钒物料添加一定量的钡盐作稳定剂，经高温焙烧将V2O5转化成2BaO·V2O5形态配入一定量的赤泥得到混合料，以赤泥中的三氧化二铁作促进剂混合均匀磨至-100目，制得可弃燃煤煤气化催化剂。使用时，将该催化剂控制V2O5一定含量添加至燃煤和煤气化的煤中混合均匀作催化剂使用。
按上述方案，所述的高品位的含钒物料为含钒钢渣、含钒铝渣、含钒废催化剂、工业五氧化二钒、偏钒酸铵或多钒酸铵。
按上述方案，所述的高温焙烧为850-950℃。
按上述方案，所述的钡盐添加量按化学计量能将V2O5转化为2BaO·V2O5形态并过量5-10wt.％。
按上述方案，所述的混合料中V2O5含量为0.8-20.0wt.％。
按上述方案，所述的混合料中V2O5含量优选为1.0-1.2％。
按上述方案，所述的混合料中的含铁量为4-40wt.％。
可弃燃煤煤气化催化剂是以含钒石煤为主要原料，添加一定量的钡盐作稳定剂和一定量的含铁物料作促进剂经高温焙烧制备的，其活性主要成分为V2O5，在燃煤和煤气化生产过程中按V2O5含量计，其V2O5添加量极小，其它成分主要为促进剂及负载材料。因赤泥含有大量的三氧化二铁，且有少量的V2O5，可作为燃煤和煤气化剂的促进剂及负载材料使用。
本发明的作用机理：
在燃煤和煤气化过程中，添加一定量的2BaO.V2O5和Fe2O3作催化剂，有C、CO2、O2共存时，将会发生如下化学链反应：2BaO·V2O5在高温条件下，可被赤热的炭还原为低价态三氧化二钒，释放出一氧化碳
BaO·Ba(VO3)2+4C＝2Ba+V2O3+4CO
低价态的三氧化二钒在高温条件下，有氧气、二氧化碳共存时，二氧化碳与三氧化二钒在高温条件下，其反应速率比氧气与三氧化二钒的反应速率要快几个数量级，所以二氧化碳是定向优先与低价态的三氧化二钒反应，释放出一氧化碳，钒被二氧化碳氧化为高价态的五氧化二钒，上述反应都为瞬间反应，反应速率只需零点几秒。
2Ba+V2O3+O2+2CO2＝BaO·Ba(VO3)2+2CO(富氧时氧化反应)
Ba+V2O3+2CO2＝BaO·V2O5+2CO(氧气不足时氧化反应)
当上述化学链催化燃烧有大量的三氧化二铁存在时，三氧化二铁也参与其反学链燃烧反应。
3Fe2O3+CO＝3Fe3O4+CO2
四氧化三铁在高温条件下能被五氧化二钒氧化转化为三氧化二铁，钒被还原为三氧化化二钒
三氧化二钒在高温条件下能被二氧化碳氧化释放出一氧化碳
V2O3+2CO2＝V2O5+2CO
在该化学链燃烧体系中，一氧化碳高含量气氛条件下，氧碳比小于1时，三氧化二铁可被炭还原为单质铁，释放出一氧化碳。
Fe2O3+3C＝2Fe+3CO
单质铁在高温时被氧所氧化释放出大量的化学热。
4Fe+3O2＝2Fe2O3
大量的一氧化碳的释放在燃煤流化床和气流床中上部着火增加热能，提高热效率。在煤气化中增加煤气中的可燃成分浓度，增加热能。
当燃煤，煤气化催化剂体系中含有大量的活性三氧化铁时，可替代部分炭参与其化学链的燃烧反应，从而节能。
本发明的有益效果在于：
1、可将大量危废赤泥资源化，变废为宝，解决赤泥利用国际性难题，按每吨赤泥添加2BaO·V2O5至V2O5含量1.0％时，每吨煤添加该新型钒基催化剂30kg/T。我国2016年火力发电和煤气化用煤量为18.9亿吨，每年可消耗赤泥5670万吨。
2、利用赤泥中含有大量的三氧化二铁，在燃煤、煤气化催化化学链燃烧中可替代部分炭参与反应，节约能源。
3、在有赤泥无含钒石煤的地区，可调配2BaO·V2O5就近生产燃煤煤气化催化剂，减少运输量，可节约大量的运输生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：
一含钒钢渣，含V2O5 5.20％，按其质量比添加碳酸钡12％，经迴转窑控制炉温920℃焙烧，其烧渣含V2O5为5.01％。
按其烧渣：干赤泥＝1：4配料混合均匀磨至-100目，赤混成分：
元素 O Na Mg AI Si P S Cl K
含量(％) 46.1 6.075 1.05 13.46 9.44 0.0795 0.318 0.0805 1.75
元素 Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Ni Cu
含量(％) 12.99 0.007 2.279 0.038 0.0438 0.0196 6.008 0.005 0.008
元素 Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Pb Th
含量(％) 0.003 0.005 0.0043 0.0596 0.006 0.0984 0.0088 0.008 0.009
将配制好的混合料(新型钒基催化剂)添加3％到一无烟煤中，煤质分析：含V2O50.031％、挥发份11.54％、灰分53.79％、固定炭38.79％、发热量4010.4大卡/kg,于φ0.6m流化床试验台架上连续24小时试烧，以空白对照，以蒸汽产量和蒸汽煤耗为评价标准，计算其节煤率和CO2减排效果，其结果：空白标准煤耗为148.86g/kg，添加该新型钒基燃煤催化剂每kg蒸汽耗煤200.06g/kg，换算标准煤耗为114.92g/kg，相对空白可节煤22.63％，可间接减排CO222.63％，其烧渣含V2O5为0.056％，无回收利用价值。
实施例2：
按2BaO·V2O5化学计量配入工业V2O5和工业碳酸钡于850℃焙烧4小时，制备2BaO·V2O5,其含V2O5 36.55％按其质量比：2BaO·V2O5：干赤泥＝1：36配料混合均匀，赤泥成分见实施例1，将配制好的混合料(新型钒基催化剂)添加3％至一无烟煤中。煤质分析：含V2O5 0.032％，挥发份11.30％，灰分52.34％，固定炭37.91％。发热量：3920.4大卡/kg。于φ0.6m流化床试验台架上连续24小时试烧，以空白对照。以蒸汽产量和蒸汽煤耗为评价标准，计算其节煤率和CO2减排效果。其结果：空白标准煤耗为148.86kg，添加该新型钒基燃煤催化剂每kg蒸汽耗煤183.42g/kg，换算标准煤耗为102.73k/kg，相对空白可节煤30.99％，可间接减排CO2 30.99％，其烧渣含V2O5 0.057％，无回收利用价值。

Claims (7)

1.一种利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，以高品位的含钒物料添加一定量的钡盐作稳定剂，经高温焙烧将V2O5转化成2BaO·V2O5形态配入一定量的赤泥得到混合料，以赤泥中的三氧化二铁作促进剂混合均匀磨至-100目，制得可弃燃煤煤气化催化剂。
2.按权利要求1所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的高品位的含钒物料为含钒钢渣、含钒铝渣、含钒废催化剂、工业五氧化二钒、偏钒酸铵或多钒酸铵。
3.按权利要求1所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的高温焙烧为850-950℃。
4.按权利要求1所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的钡盐添加量按化学计量能将V2O5转化为2BaO·V2O5形态并过量5-10wt.％。
5.按权利要求1所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的混合料中V2O5含量为0.8-20.0wt.％。
6.按权利要求5所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的混合料中V2O5含量为1.0-1.2％。
7.按权利要求1所述的利用赤泥制备可弃燃煤煤气化催化剂的方法，其特征在于所述的混合料中的含铁量为4-40wt.％。
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