CN108913274A - 一种含铁基化合物的燃煤催化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃煤催化剂，该催化剂以碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐和铁基化合物，按如下质量百分比加入水中均匀混合而成：碘化物为0.05‑1，稀土化合物为0.5‑10，碱金属盐0‑20，碱土金属盐为0‑20，铁基化合物为25‑35。本发明的燃煤催化剂，添加量为所用煤量的0.05‑0.2％，燃煤的烟气排放量减少，具有明显的环保效益，且能明显提高煤弹筒发热量，节约燃煤20‑25％。适用于各种煤种、如褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤。制作工艺简单，便于大量生产。

Description

一种含铁基化合物的燃煤催化剂及其应用
技术领域
本发明属于燃煤催化剂技术领域，具体涉及一种含铁基化合物的燃煤催化剂及其应用。
背景技术
截至目前，在我国的能源结构中，非化石能源所占的比例不足15％，煤炭、石油、天然气等化石能源为我国的主要能源消耗类型。随着化石能源消耗速度增加，环境问题日趋严重。并且，目前我国对煤炭、石油和天然气等燃料的利用方式仍然以燃烧为主。为达到节能、助燃和减排的目的，目前已经报道了具有一定催化作用的催化剂，包括：碱金属、碱土金属的氧化物、氢氧化物及其盐类。除此之外，几种常见的生活垃圾和工业废弃物如煤灰、草木灰、造纸黑液、碱厂废液、矿石粉等也可用作燃煤催化剂，以促进煤炭的燃烧。尽管现有催化剂具有一定的助燃效果，但也存在一些问题，例如：成分复杂，含多种对煤的燃烧和设备安全有害的物质；往往含有重金属、放射性物质等，易造成环境污染；节煤效果不显著等。
因此，改善燃煤的燃烧效率，降低燃烧污染物的生成和排放仍然具有极高的研究价值和实际意义。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种燃煤催化剂，包括碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐、铁基化合物和水。
根据本发明的实施方案，所述燃煤催化剂中，各组分的质量百分比可以为：
根据本发明的实施方案，所述碘化物可以选自碱金属的碘化物或HI，例如KI、NaI、HI中的一种或多种；
所述稀土化合物可以选自稀土元素的卤化物、硝酸盐或氢氧化物，例如RECl3、RE(NO3)3、RE(OH)3中的一种或多种；
所述碱金属盐可以选自碱金属的氯化物、碳酸盐、硝酸盐，例如NaCl、Na2CO3、K2CO3、NaNO3中的一种或多种；
所述碱土金属盐可以选自碱土金属的氯化物、硝酸盐，例如CaCl2、MgCl2、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2中的一种或多种；
所述铁基化合物可以选自二茂铁。
根据本发明的实施方案，所述碘化物在催化剂中的质量百分比含量为0.08％-0.8％，如0.1％-0.5％，例如0.2％、0.3％、0.4％。
根据本发明的实施方案，所述稀土化合物在催化剂中的质量百分比含量为1％-8％，如2％-6％，例如3％、4％、5％。
根据本发明的实施方案，所述碱金属盐在催化剂中的质量百分比含量为5-20％，如5％，10％，15％。
根据本发明的实施方案，所述碱土金属盐在催化剂中的质量百分比含量为5-20％，如10-20％，例如5％、10％、15％、20％。
根据本发明的实施方案，所述铁基化合物在催化剂中的质量百分比含量为28-32％，例如30％。
本发明还提供所述燃煤催化剂的制备方法，包括将上述组分混合。
本发明还提供一种燃烧煤炭的方法，包括在所述燃煤催化剂的存在下燃烧煤炭。
本发明还提供所述燃煤催化剂的用途，其作为催化剂用于煤炭燃烧。
根据本发明的实施方案，所述煤炭包括选自褐煤、泥煤、烟煤、无烟煤中的一种或多种。
本发明的有益效果
(1)本发明在碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐的燃煤催化剂组合中添加铁基化合物，其起到了重要的催化促进作用：铁基化合物具备优异的氧化还原性能和较高的储氧能力，能够在燃料燃烧过程中起到氧搬运工的作用，促进燃料分子与氧的反应，降低燃烧的活化能，从而降低着火点，使燃料的点燃更容易，促进燃烧过程接近完全燃烧；同时，能够进一步促进较低价态的污染性成分向较高价态的污染性成分转化，如燃煤烟气中的主要氮氧化物污染物(NO)能够更多地向高价态氮氧化物(NO2、N2O3和N2O5)转化，从而显著降低氮氧化物的补集和转化的难度，有利于氮氧化物的减排；此外，也能避免不完全燃烧产物如一氧化碳(CO)、不饱和烃等成分的生成，降低残碳和碳烟的产生。
(2)铁基化合物获取和制备难度较低，因此加入该类型成分的成本较低。且铁基化合物不易在催化反应中对动物及生态环境产生毒害，为相对安全的催化剂成分。
(3)本发明通过催化剂组分的选择以及组分配比的试验，得到具有高效燃煤催化效果的催化剂组合，由碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐以及铁基化合物协同作用，使得热效率大幅度提高，节约了燃料的用量，同时极大减少了烟气排放，具有明显的环保效益，且能明显提高煤弹筒发热量，节约燃煤20-25％。
(4)所述燃煤催化剂的原料易得、制备简单、成本低廉、高效节能且环境友好，可广泛适用于各种燃煤工况。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，下文实施例中的原料可商购获得或由本领域技术人员根据已知的方法制备。
实施例1
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：KI0.1％，RE(NO3)33％，CaCl220％，NaCl 5％，二茂铁30％，余量为水。
实施例2
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：NaI0.2％，RE(NO3)33％，CaCl215％，NaCl 10％，二茂铁30％，余量为水。
实施例3
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：NaI0.3％，RE(OH)35％，MgCl215％，NaNO315％，二茂铁28％，余量为水。
实施例4
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：NaI0.3％，RE(OH)35％，MgCl215％，K2CO315％，二茂铁32％，余量为水。
实施例5
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：KI0.3％，RE(OH)35％，MgCl215％，NaNO315％，二茂铁35％，余量为水。
实施例6
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：KI0.3％，RECl35％，MgCl210％，NaNO320％，二茂铁35％，余量为水。
对比例1
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：KI0.1％，RE(NO3)33％，CaCl220％，NaCl 5％，余量为水。
对比例2
一种燃煤催化剂，由如下配比的原料(按质量百分比)加入水中均匀混合而成：KI0.1％，RE(NO3)33％，CaCl220％，NaCl 5％，二茂铁5％，余量为水。
实施例7煤发热量测试
采用XRY一1A型数显示恒温氧弹仪，按照GB/T213—2003《煤的发热量测定方法》测量不同催化剂加入时(催化剂添加量均为所用煤量的0.05质量％)煤样的弹筒发热量，得到的结果如下：
采用实施例1制备的催化剂能够达到19200-19800KJ弹筒发热量，发热量增加5％，而对比例1-2制备的催化剂发热量仅增加不到1.5％。
实施例8
郑州某水泥厂工业应用试验，该厂为1000t/d新型干法窑外分解水泥工艺，生产线，试验期为10天。将实施例1-6和对比例1的催化剂以燃煤用量的0.1质量％的量加入后，所得的试验结果如下：
1、改善生料的易燃性，降低共熔点。
2、降低燃化着火点，提高煤的燃尽率。
3、熟料3天强度同比提高15％。
4、使用挥发份12％，发热量20MJ/Kg的燃煤，节约燃煤20-25％。
所得结果进一步证实，在本发明碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐的燃煤催化剂组合中添加特定含量的铁基化合物，相较于对比例1的组合，显著提升了燃煤利用率，节煤效果更优。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃煤催化剂，其特征在于：以碘化物、稀土化合物、碱金属盐、碱土金属盐和铁基化合物，按如下质量百分比加入水中均匀混合而成：
其中：碘化物为0.05-1
稀土化合物为0.5-10
碱金属盐0-20
碱土金属盐为0-20
铁基化合物为25-35；
余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碘化物选自碱金属的碘化物或HI的一种或多种，优选KI、NaI、HI中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述稀土化合物选自稀土元素的卤化物、硝酸盐或氢氧化物的一种或多种，优选RECl3、RE(NO3)3、RE(OH)3中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碱金属盐选自碱金属的氯化物、碳酸盐、硝酸盐的一种或多种，优选NaCl、Na2CO3、K2CO3、NaNO3中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碱土金属盐选自碱土金属的氯化物、硝酸盐的一种或多种，优选CaCl2、MgCl2、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述铁基化合物在催化剂组合物中的质量百分比含量为28-32％，优选为30％；所述铁基化合物优选为二茂铁。
7.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碘化物在催化剂中的质量百分比含量为0.08％-0.8％，优选为0.1％-0.5％，更优选为0.2％、0.3％、0.4％。
8.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述稀土化合物在催化剂中的质量百分比含量为1％-8％，优选为2％-6％，更优选为3％、4％、5％。
9.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碱金属盐在催化剂中的质量百分比含量为5-20％，优选为5％，10％，15％。
10.根据权利要求1所述的一种燃煤催化剂，其特征在于，所述碱土金属盐在催化剂中的质量百分比含量为5-20％，优选为5％、10％、15％、20％。
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