CN114479981B - 一种低掺量的高效节煤剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低掺量的高效节煤剂及其制备方法，具体涉及煤炭加工及节煤剂技术领域。本发明高效节煤剂由固态组分A及液态组分B共混制备而得；其中，固态组分A的制备原料按重量份数计包括：氯化钠15‑25份、过硫酸铵7‑11份、硝酸铈4‑8份、聚氧乙烯醚22‑28份、氯酸钾6‑10份、氯化钙10‑15份；液态组分B的制备原料按重量份数计包括：木质素磺酸钠18‑25份、石墨烯2‑3份、羟丙基甲基纤维素5‑6份。本发明制得的节煤剂呈液态，主要适用于各种褐煤、焦炭、烟煤及无烟煤，其在掺量较低的条件下同样能够具有高效的节煤作用，尤其对低热值煤炭的效果更为显著，相较于国内大多节煤剂，具有更广阔的应用前景。

Description

一种低掺量的高效节煤剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤炭加工及节煤剂技术领域，具体涉及一种低掺量的高效节煤剂及其制备方法。

背景技术

能源的开发和有效利用程度是生产技术和生活水平的重要标志，开发利用可再生能源、提高非可再生能源的利用率是当今世界各国共同的努力目标。我国是世界第一的能源生产大国，煤炭产量居世界第一；同时，煤炭在我国一次能源消费中占比最大，超过了总量的60％。然而，由于燃煤的活路热效率较低，燃烧设备并不能将煤炭完全燃烧，而不充分燃烧的煤炭不仅会造成大量能量损失，还会产生携带硫、硝等物质的有害气体、烟尘；另外，燃煤作为不可再生资源，其在地球上的储量也逐年减少，相对应的其价格也越来越高。因此，如何有效提高煤炭的热效率以及降低煤炭的使用量就成为了我国首要解决的技术难题。

节煤剂，其由增氧剂、改性剂、催化剂、助燃剂、消烟剂、膨胀剂、固硫剂等多种原料、助剂复合配制而得。通过各组分之间的相互配合，节煤剂能够将煤炭燃烧过程中产生的烟气转化成可燃气，使其迅速、充分燃烧且延长了燃烧时间，从而有效提高了煤炭的利用效率。显然，使用性能良好的节煤剂是解决我国燃煤问题的有效方法。

但是，目前国内节煤剂种类繁多，作用效果参差不齐，大部分节煤剂不仅掺量较高并且节煤效果不明显，另外有不少节煤剂还存在稳定性、安全性等方面的隐患。综合多方面因素考虑，对节煤剂的配方及制备方法还需进行更深入地优化研究。

发明内容

针对现有节煤剂掺量较高且节煤效果不明显的问题，本发明提供了一种低掺量的高效节煤剂及其制备方法。本发明制得的节煤剂能够增强各种燃煤的综合燃烧效率，对低热值的劣质煤具有更佳的节煤效果。

本发明具体是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种低掺量的高效节煤剂，由固态组分A及液态组分B共混制备而得；

其中，所述固态组分A的制备原料按重量份数计包括：

氯化钠15-25份、过硫酸铵7-11份、硝酸铈4-8份、聚氧乙烯醚22-28份、氯酸钾6-10份、氯化钙10-15份；

所述液态组分B的制备原料按重量份数计包括：

木质素磺酸钠18-25份、石墨烯2-3份、羟丙基甲基纤维素5-6份。

进一步地，所述聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚，其聚合度为15-40。

进一步地，所述石墨烯为石墨烯纳米片，其微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30。

本发明节煤剂通过采用固态和液态双组分共混的形式制备：氯化钠为助燃剂，过硫酸铵为氧化剂，硝酸铈、氯酸钾为催化剂，氯化钙与聚氧乙烯醚能够协调各成分间结构连接，加快了反应活化中心的产生，促进了催化和助燃作用从而加快了煤炭的燃烧速度；而羟丙基甲基纤维素修饰的石墨烯纳米片能够加强固态组分中催化剂的分散程度，从而促进煤炭的充分燃烧。本发明将木质素磺酸钠、石墨烯纳米片、羟丙基甲基纤维素构成的液态组分与所选固态组分超声共混，最终制得的节煤剂能够使得催化和助燃在煤炭表面及内部同时全面、高速地进行，加强煤炭充分燃烧的同时加快燃烧速度，最终达到低掺量且高效的作用效果。

进一步地，所述固态组分A与液态组分B共混的质量之比1:(2.4-3.6)。

本发明还提供了所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，包括如下步骤：

1)按比例称取各原料，分别制备固态组分A与液态组分B；

2)将步骤1)制得的固态组分A与液态组分B按比例混合，升温至72-80℃，然后超声并搅拌处理15-25min，冷却即得所述高效节煤剂。

进一步地，步骤1)所述固态组分A的制备方法为：将称好的各原料混合均匀，加入原料总质量1.5-2倍的乙醇溶液，然后加入氨水调节pH为9-11，浸泡40-60min后过滤，将所得滤渣干燥得到固态组分A。

进一步地，步骤1)所述液态组分B的制备方法为：向称好的各原料中加入其质量5-6倍的蒸馏水，充分搅拌即得液态组分B。

进一步地，步骤2)所述超声的功率为350-400W、频率为30kHz。

进一步地，所述方法制备得到的节煤剂为液态，其在煤炭中使用的添加量为0.12％-0.3％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制得的节煤剂呈液态，主要适用于各种褐煤、焦炭、烟煤及无烟煤，同时能够应用在各种燃煤设备如链条炉、沸腾炉、锻造炉、流化床炉、粉煤炉、水泥回转窑炉等。经试验证明，本发明制备的节煤剂在掺量较低的条件下同样能够具有高效的节煤作用，尤其对低热值煤炭的效果更为显著，相较于国内大多节煤剂，具有更广阔的应用前景。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、25份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、3份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:3.2混合，升温至75℃，然后超声(功率为400W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到高效节煤剂。

对本实施例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

实施例2

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、5份硝酸铈、22份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度20)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、3份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:3.2混合，升温至75℃，然后超声(功率为400W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到高效节煤剂。

对本实施例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

实施例3

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、25份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取25份木质素磺酸钠、2份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、6份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:3.2混合，升温至75℃，然后超声(功率为400W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到高效节煤剂。

对本实施例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

实施例4

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、25份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、3份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:2.4混合，升温至75℃，然后超声(功率为350W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到高效节煤剂。

对本实施例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

对比例1

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、10份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、3份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:3.2混合，升温至75℃，然后超声(功率为400W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到节煤剂。

对本对比例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

对比例2

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、25份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:3.2混合，升温至75℃，然后超声(功率为400W、频率为30kHz)并搅拌处理20min得到节煤剂。

对本对比例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

对比例3

1、按重量份数取20份氯化钠、9份过硫酸铵、7份硝酸铈、25份壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度28)、9份氯酸钾、12份氯化钙，将上述原料混合均匀并加入原料总质量1.8倍的乙醇溶液搅拌，然后使用氨水将混合液pH调节为10，浸泡50min后过滤，取滤渣干燥备用。

2、按重量份数取22份木质素磺酸钠、3份石墨烯纳米片(微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30)、5.5份羟丙基甲基纤维素，向上述称好的原料中加入其质量5倍的蒸馏水充分搅拌得到分散液备用。

3、将制备的滤渣与分散液按质量比1:5混合，升温至75℃，然后搅拌处理20min得到节煤剂。

对本对比例制备的节煤剂进行实际应用检测：取等量不同种类煤炭，添加/不添加节煤剂在循环流化床中进行燃烧实验，计算节煤率。

综上可知，本发明制备的节煤剂能够适用于多种煤炭如烟煤、焦炭、褐煤，相较于常规节煤剂的添加量，本发明节煤剂的掺量低(0.12％-0.3％)，并能够在此条件下产生优异的节煤效果(节煤率16％-20％)，尤其对低热值的褐煤具有更佳的节煤效果(节煤率近30％)，与国内大多数节煤剂相比本发明具有更加良好的市场及应用前景。

以上所描述的实施例仅表达了本发明的几种优选实施例，其描述较为具体和详细，但并不用于限制本发明。应当指出，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种变化和更改，凡在本发明的构思和原则之内，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 (6)

1.一种低掺量的高效节煤剂，其特征在于，由固态组分A及液态组分B按质量之比1:(2.4-3.6)共混制备而得；

其中，所述固态组分A的制备原料按重量份数计包括：

氯化钠15-25份、过硫酸铵7-11份、硝酸铈4-8份、聚氧乙烯醚22-28份、氯酸钾6-10份、氯化钙10-15份；

所述液态组分B的制备原料按重量份数计包括：

木质素磺酸钠18-25份、石墨烯2-3份、羟丙基甲基纤维素5-6份；

其中，聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚，其聚合度为15-40；石墨烯为石墨烯纳米片，其微片大小为8-15μm、厚度为10-20nm、层数小于30。

2.如权利要求1所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按比例称取各原料，分别制备固态组分A与液态组分B；

2)将步骤1)制得的固态组分A与液态组分B按比例混合，升温至72-80℃，然后超声并搅拌处理15-25min，冷却即得所述高效节煤剂。

3.根据权利要求2所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤1)所述固态组分A的制备方法为：将称好的各原料混合均匀，加入原料总质量1.5-2倍的乙醇溶液，然后加入氨水调节pH为9-11，浸泡40-60min后过滤，将所得滤渣干燥得到固态组分A。

4.根据权利要求2所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤1)所述液态组分B的制备方法为：向称好的各原料中加入其质量5-6倍的蒸馏水，充分搅拌即得液态组分B。

5.根据权利要求2所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所述超声的功率为350-400W、频率为30kHz。

6.根据权利要求2所述低掺量的高效节煤剂的制备方法，其特征在于，所述方法制备得到的节煤剂呈液态，其在煤炭中使用的添加量为0.12％-0.3％。