CN109097149A - 一种节煤剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于节能环保技术领域，具体设计一种节煤剂及其制备方法。本发明将壳聚糖改性硅藻土作为载体，可有效吸附氧化剂、催化剂、膨化剂等有效组分，提高活性组分的负载量，提高煤炭燃烧效率；硅藻土的多孔结构吸附的氧气分子在煤炭燃烧时可释放出来促进燃烧反应充分进行；硅藻土中含有的三氧化二铝、三氧化二铁成分可作为燃烧反应的催化剂，有效催化煤炭的燃烧反应，减少一氧化碳的排放；硅藻土中含有的氧化钙、氧化镁成分在氢氧化钠存在下，可有效吸附燃烧过程中产生的二氧化硫，减少二氧化硫的排放。
Description
技术领域
本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种节煤剂及其制备方法。
背景技术
煤主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷、水和灰分等元素组成，碳、氢、氧总和约占有机质的95％以上，有褐煤、烟煤、无烟煤这几种分类。煤炭资源是不可再生资源，随着每年的大量开采使用将日趋减少，大量的煤炭燃烧后所产生的粉尘和二氧化碳又会对环境和气候产生不利影响，因此减少煤炭消耗及碳排放是全人类所面临的非常重要的节能环保课题。由于燃煤的活路热效率低，燃烧设备不能将供给它的煤炭完全燃烧，不充分燃烧的煤炭带着硫、硝等有害物质随着烟尘排出，黑烟与废渣产生环境污染的同时，造成了能量的损失，同时由于煤炭燃烧不充分，炉内会积聚大量灰垢，严重时，锅炉喷燃口被堵塞，掉焦卡在冷灰斗部分，引起积灰，结焦最为严重时，锅炉被迫停运，给生产和生活带来不便。同时，煤在燃烧过程中产生二氧化硫和少部分的三氧化硫排放到大气中，严重污染大气环境。为大力开展清洁生产，减少污染物排放，目前，一般采用对燃煤锅炉安装烟气脱硫装置，虽然给燃煤锅炉安装这种脱硫装置对脱硫有些作用，但是需要改变现有的燃煤工艺和设备，并且脱硫效果不是很明显，对锅炉燃煤的燃烧也起不到助燃作用。工业上为提高煤炭热效率，节约能源，减少由于烟尘和废渣排放污染环境，人们对此进行了大量的研究，发明了节煤剂，其外观为铁红色、固体粉末状。节煤剂无毒无腐蚀，与煤混合燃烧后，产生化学和物理反应，起到助燃、清灰、除焦、消烟、固硫的作用，达到节煤的目的。节煤剂在投入参加燃烧时，可提前燃料的着火点，逐级分解生成多种较强的氧化剂与催化剂，同时释放出大量的氧，起到强烈助燃作用，促进燃煤中碳与碳化物的去除，使煤充分燃烬；尤其能把烟气中未完全燃烧的一氧化碳生成二氧化碳释放出大量的热量，提高锅炉的效率，减少锅炉煤耗，降低林格曼黑度，达到助燃、消烟、节煤的目的。然而，现有的节煤剂存在添加量大、污染环境、格林曼黑度不达标的缺点。
煤炭燃烧效果是以煤炭是否完全燃烧的燃烧效率，及燃烧了的煤炭所产生的热量是否完全被利用的热效率的集成结果集中为节煤率。一方面要尽量使煤炭全部燃烧，减少不完全燃烧所造成的煤炭浪费损失，追求高的燃烧效率产生更多的热量；另一方面要尽量使产生的热量在传导加热过程中减少热量损失，追求高的热效率以获取更高的增热节煤效果。在实际生产中考察燃煤燃烧效率，热效率的方法。影响煤炭燃烧效率的主要因素，有煤炭中的可燃性物质碳、挥发分、硫化物等多种不同组分的燃烧特点及伴生不燃烧的灰分组分量多少的影响；燃烧中空气助燃的氧气与煤炭燃烧方式及伴随不助燃的惰性气体的影响；各种炉窑的不同燃烧方式等因素的影响。然而，现有的工业节煤剂制备方法所使用的原料成本高、工艺复杂，造成节煤剂生产成本大幅提高，限制了节煤剂的应用和推广，另一方面部分节煤剂存在不稳定、易挥发的缺点，这类性能不稳定的节煤剂极大限制了节煤剂的节煤效能。
发明内容
本发明的目的是提供一种节煤剂及其制备方法，将壳聚糖改性硅藻土作为载体，可有效吸附氧化剂、催化剂、膨化剂等有效组分，提高活性组分的负载量，提高煤炭燃烧效率；硅藻土的多孔结构吸附的氧气分子在煤炭燃烧时可释放出来促进燃烧反应充分进行；硅藻土中含有的三氧化二铝、三氧化二铁成分可作为燃烧反应的催化剂，有效催化煤炭的燃烧反应，减少一氧化碳的排放；硅藻土中含有的氧化钙、氧化镁成分在氢氧化钠存在下，可有效吸附燃烧过程中产生的二氧化硫，减少二氧化硫的排放。
本发明的技术方案为：
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与壳聚糖溶液进行混合，超声震荡，得到分散液；
(2)向分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温并超声分散，静置、过滤，得到滤渣，干燥后得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将氢氧化钠、二氧化锰、高锰酸钾投入到石灰水中，搅拌均匀，然后加入硝酸铵和碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向混合液中加入乳化剂，加热并搅拌，得到乳化液；
(5)将壳聚糖改性硅藻土投入至乳化液中，加热并搅拌，得到节煤剂。
优选地，步骤(1)中硅藻土与壳聚糖的重量比为1～2:20～35，所述壳聚糖溶液的质量浓度为1％～3％。
优选地，步骤(1)中超声震荡的频率为50～80HZ，超声震荡时间为20～30min。
优选地，步骤(2)中升温至35～40℃，超声时间为40～60min，静置时间控制为1～2h。
优选地，步骤(3)中氢氧化钠、二氧化锰、高锰酸钾、石灰水、硝酸铵和碳酸氢铵的重量比为：1～2:5～8:4～6:14～25:2～3:3～5，所述石灰水为饱和石灰水。
优选地，步骤(4)中乳化剂为脂肪聚氧乙烯类、烷基苯酚聚氧乙烯醚类、磺酸盐类、磺酸脂类、酰胺类、有机硅类中的一种，乳化剂加入量占混合液重量的0.5％～1％。
优选地，步骤(4)中加热至温度为40～50℃，搅拌时间控制为20～30min。
优选地，步骤(5)中壳聚糖改性硅藻土加入量占乳化液重量的10～15％。
优选地，步骤(5)中加热温度为50～60℃，搅拌时间控制为30～50min。
上述方法制备得到的节煤剂。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将壳聚糖改性硅藻土作为载体，可有效吸附氧化剂、催化剂、膨化剂等有效组分，提高活性组分的负载量，提高煤炭燃烧效率；
2、本发明硅藻土的多孔结构吸附的氧气分子在煤炭燃烧时可释放出来促进燃烧反应充分进行；
3、本发明硅藻土中含有的三氧化二铝、三氧化二铁成分可作为燃烧反应的催化剂，有效催化煤炭的燃烧反应，减少一氧化碳的排放；
4、本发明硅藻土中含有的氧化钙、氧化镁成分在氢氧化钠存在下，可有效吸附燃烧过程中产生的二氧化硫，减少二氧化硫的排放。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与质量浓度为2％的壳聚糖溶液按照重量比1:25进行混合，在60HZ频率下超声震荡20min，得到分散液；
(2)向上述分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温至35℃并超声分散50min，静置1h、过滤，得到滤渣，将滤渣在100℃温度下干燥后，得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将2重量份氢氧化钠、6重量份二氧化锰、5重量份高锰酸钾投入到15重量份饱和石灰水中，搅拌均匀，然后加入2重量份硝酸铵和3重量份碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向上述混合液中加入烷基苯酚聚氧乙烯醚类乳化剂，控制烷基苯酚聚氧乙烯醚类乳化剂加入量占混合液重量的0.5％，加热至45℃，搅拌25min，得到乳化液；
(5)将步骤(1)中的壳聚糖改性硅藻土投入至上述乳化液中，控制壳聚糖改性硅藻土投入量占乳化液重量的10％，加热至55℃，搅拌50min，得到节煤剂。
本实施例节煤剂与水按照质量比1：5进行稀释，将稀释后节煤剂与燃煤按照质量比1:4000进行添加燃烧，检测煤热值及单位产品批量耗标准煤量，结果其煤热值达到30123kJ/kg，节煤率达到39.2％。
实施例2
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与质量浓度为1.5％的壳聚糖溶液按照重量比2:33进行混合，在60HZ频率下超声震荡25min，得到分散液；
(2)向上述分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温至40℃并超声分散45min，静置1h、过滤，得到滤渣，将滤渣在100℃温度下干燥后，得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将2重量份氢氧化钠、7重量份二氧化锰、5重量份高锰酸钾投入到20重量份饱和石灰水中，搅拌均匀，然后加入2重量份硝酸铵和5重量份碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向上述混合液中加入磺酸脂类乳化剂，控制磺酸脂类乳化剂加入量占混合液重量的0.8％，加热至50℃，搅拌25min，得到乳化液；
(5)将步骤(1)中的壳聚糖改性硅藻土投入至上述乳化液中，控制壳聚糖改性硅藻土投入量占乳化液重量的12％，加热至55℃，搅拌35min，得到节煤剂。
本实施例节煤剂与水按照质量比1：5进行稀释，将稀释后节煤剂与燃煤按照质量比1:4000进行添加燃烧，检测煤热值及单位产品批量耗标准煤量，结果其煤热值达到30542kJ/kg，节煤率达到39.5％。
实施例3
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与质量浓度为2％的壳聚糖溶液按照重量比1:30进行混合，在50HZ频率下超声震荡20min，得到分散液；
(2)向上述分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温至38℃并超声分散50min，静置2h、过滤，得到滤渣，将滤渣在100℃温度下干燥后，得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将1重量份氢氧化钠、6重量份二氧化锰、4重量份高锰酸钾投入到15重量份饱和石灰水中，搅拌均匀，然后加入3重量份硝酸铵和3重量份碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向上述混合液中加入脂肪聚氧乙烯类乳化剂，控制脂肪聚氧乙烯类乳化剂加入量占混合液重量的1％，加热至45℃，搅拌20min，得到乳化液；
(5)将步骤(1)中的壳聚糖改性硅藻土投入至上述乳化液中，控制壳聚糖改性硅藻土投入量占乳化液重量的15％，加热至60℃，搅拌50min，得到节煤剂。
本实施例节煤剂与水按照质量比1：5进行稀释，将稀释后节煤剂与燃煤按照质量比1:4000进行添加燃烧，检测煤热值及单位产品批量耗标准煤量，结果其煤热值达到29986kJ/kg，节煤率达到38.9％。
实施例4
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与质量浓度为1％的壳聚糖溶液按照重量比1:22进行混合，在60HZ频率下超声震荡30min，得到分散液；
(2)向上述分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温至35℃并超声分散40min，静置1h、过滤，得到滤渣，将滤渣在100℃温度下干燥后，得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将2重量份氢氧化钠、5重量份二氧化锰、5重量份高锰酸钾投入到18重量份饱和石灰水中，搅拌均匀，然后加入2重量份硝酸铵和3重量份碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向上述混合液中加入烷基苯酚聚氧乙烯醚类乳化剂，控制烷基苯酚聚氧乙烯醚类乳化剂加入量占混合液重量的0.9％，加热至45℃，搅拌20min，得到乳化液；
(5)将步骤(1)中的壳聚糖改性硅藻土投入至上述乳化液中，控制壳聚糖改性硅藻土投入量占乳化液重量的15％，加热至55℃，搅拌45min，得到节煤剂。
本实施例节煤剂与水按照质量比1：5进行稀释，将稀释后节煤剂与燃煤按照质量比1:4000进行添加燃烧，检测煤热值及单位产品批量耗标准煤量，结果其煤热值达到31032kJ/kg，节煤率达到40.5％。
实施例5
一种节煤剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与质量浓度为2％的壳聚糖溶液按照重量比2:27进行混合，在60HZ频率下超声震荡30min，得到分散液；
(2)向上述分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温至35℃并超声分散60min，静置1h、过滤，得到滤渣，将滤渣在100℃温度下干燥后，得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将1重量份氢氧化钠、6重量份二氧化锰、5重量份高锰酸钾投入到14重量份饱和石灰水中，搅拌均匀，然后加入2重量份硝酸铵和5重量份碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向上述混合液中加入酰胺类乳化剂，控制酰胺类乳化剂加入量占混合液重量的1％，加热至45℃，搅拌25min，得到乳化液；
(5)将步骤(1)中的壳聚糖改性硅藻土投入至上述乳化液中，控制壳聚糖改性硅藻土投入量占乳化液重量的14％，加热至60℃，搅拌50min，得到节煤剂。
本实施例节煤剂与水按照质量比1：5进行稀释，将稀释后节煤剂与燃煤按照质量比1:4000进行添加燃烧，检测煤热值及单位产品批量耗标准煤量，结果其煤热值达到30843kJ/kg，节煤率达到39.9％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种节煤剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅藻土与壳聚糖溶液进行混合，超声震荡，得到分散液；
(2)向分散液中加入钛酸四丁酯，然后升温并超声分散，静置、过滤，得到滤渣，干燥后得到壳聚糖改性硅藻土；
(3)将氢氧化钠、二氧化锰、高锰酸钾投入到石灰水中，搅拌均匀，然后加入硝酸铵和碳酸氢铵，混合均匀得到混合液；
(4)向混合液中加入乳化剂，加热并搅拌，得到乳化液；
(5)将壳聚糖改性硅藻土投入至乳化液中，加热并搅拌，得到节煤剂。
2.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硅藻土与壳聚糖的重量比为1～2:20～35，所述壳聚糖溶液的质量浓度为1％～3％。
3.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中超声震荡的频率为50～80HZ，超声震荡时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中升温至35～40℃，超声时间为40～60min，静置时间控制为1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中氢氧化钠、二氧化锰、高锰酸钾、石灰水、硝酸铵和碳酸氢铵的重量比为：1～2:5～8:4～6:14～25:2～3:3～5，所述石灰水为饱和石灰水。
6.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中乳化剂为脂肪聚氧乙烯类、烷基苯酚聚氧乙烯醚类、磺酸盐类、磺酸脂类、酰胺类、有机硅类中的一种，乳化剂加入量占混合液重量的0.5％～1％。
7.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中加热至温度为40～50℃，搅拌时间控制为20～30min。
8.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中壳聚糖改性硅藻土加入量占乳化液重量的10～15％。
9.根据权利要求1所述的一种节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中加热温度为50～60℃，搅拌时间控制为30～50min。
10.权利要求1至9所述的任一种方法制备得到的一种节煤剂。
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