CN117801862A - 一种节煤催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节煤催化剂及其制备方法，属于节煤外加剂技术领域。本发明的节煤催化剂包括氧化剂、表面活性剂和还原型助燃剂，所述氧化剂为重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的混合物；所述表面活性剂为三氯化锑、三氯化锑和硫酸亚铁两者的混合物、三氯化锑和乙酸铈两者的混合物、或三氯化锑和硫酸亚铁以及乙酸铈三者的混合物；所述还原型助燃剂选自尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵中的一种或两种以上的混合物。本发明的节煤催化剂，通过各组分之间相互作用，增加了煤炭表面的活性中心，为煤炭燃烧反应提供了更多的反应场所。
Description
技术领域
本发明涉及节煤外加剂技术领域，尤其涉及一种节煤催化剂及其制备方法。
背景技术
目前已知的节煤催化剂产品是通过产品中的分散剂、膨松剂成分将节煤催化剂分布在煤炭上，通过助燃剂来提高煤炭的燃烧效率。现有节煤产品节煤效果低下。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种节煤催化剂。
为此，本发明提供的节煤催化剂包括以下质量份数的组分：氧化剂：1～3份，表面活性剂：0.5～4份和还原型助燃剂：0.5～1份；
所述氧化剂为重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的混合物；
所述表面活性剂为三氯化锑、三氯化锑和硫酸亚铁两者的混合物、三氯化锑和乙酸铈两者的混合物、或三氯化锑和硫酸亚铁以及乙酸铈三者的混合物；
所述还原型助燃剂选自尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵中的一种或两种以上的混合物。
可选的方案是，所述重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的质量比为：1～3：0.8～2.5：2～3。优选为1.3～2.7：1.1～2.2：2.2～2.8，进一步优选为1.8～2.2：1.5～1.8：2.4～2.6。
可选的方案是，所述表面活性剂为三氯化锑和硫酸亚铁以及乙酸铈三者的混合物，且三氯化锑、硫酸亚铁和乙酸铈的质量比为1～2.5：4～7：1.5～3。优选为1.2～2.0：4.5～6.5：1.8～2.7，进一步优选为1.4～1.8：5～6：2.0～2.5。
可选的方案是，所述尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵的质量比为3～6：0.5～1：2～5：3～4：1～3。优选为4～5：0.6～0.9：2.5～4.5：3.2～3.8：1.5～2.5，进一步优选为4.3～4.7：0.7～0.8：3～4：3.5：1.9～2.1。
本发明还提供了上述节煤催化剂的制备方法，方法包括用水溶解所述还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂制成液态节煤催化剂；或者将所述还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂混合制成固态节煤催化剂。可选的方案是，将还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂分别依次溶解于水中。
本发明节煤催化剂的各组分之间相互作用，使得该节煤催化剂加入煤炭中后，有效解决了煤炭燃烧速率低、能耗大的问题。本发明节煤催化剂的添加质量约占煤炭质量的2.7‰～3.0‰。
本发明的节煤催化剂，加入到煤炭中，节煤催化剂中的表面活性剂成分至少能够增加煤炭表面的活性中心，这些表面活性中心的存在，为节煤剂与煤炭燃烧反应提供了更多的反应场所；活性中心还具有活化反应物原子，降低反应发生所需势能的作用，使反应更容易发生，从而起到提高燃烧速率、降低煤炭初燃点和终燃点，提高煤炭燃尽率，最大程度的释放煤炭的燃烧热的作用，达到节煤效果。
同时节煤催化剂中的氧化剂成分至少能够在高温下发生分解释放自身携带的O原子，增加了煤炭周围的O2浓度，从而促进煤炭的燃烧效率。
节煤催化剂中的还原型助燃剂成分至少能够作为氧的载体，通过氧化还原反应，加速氧原子不断从高价氧化物向碳原子表面传递聚集，促进碳原子与氧原子的碰撞，从而提高了系统中的氧气利用率，降低了单位煤炭的氧气消耗总量，减少氮氧化物等对外污染物的排放。
与现有技术相比，本发明制备的节煤催化剂可以明显提高煤炭的燃烧速率，降低煤炭燃烧的初燃点和终燃点，增大煤炭的燃尽率，同时掺量更少，成本更低。具体煤炭的燃尽率可提高5％～10％，降低煤炭初燃点约22℃，降低终燃点约15℃，提高平均燃烧速率1.5～3％/min，节煤约5％～10％。
具体实施方式
除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明公开范围基础上可通过调整和优化各组分之间的掺量配比获得具体的节煤催化剂，降低煤炭的初燃点和终燃点，增大煤炭的燃尽率，最大化的实现了煤炭的充分燃烧，减少环境污染同时，也实现了节能降耗。
以下实施例中煤炭的燃尽率、煤炭初燃点、终燃点、平均燃烧速率的测定依据GB/T33304-2016《煤炭燃烧特性试验方法热重分析法》规定的方法进行检测和计算评价。
添加有本发明催化剂的煤炭燃烧后的粉煤灰可应用于水泥中，为了证明该本发明的粉煤灰对水泥性能无影响，以下实施例中选用吨熟料节煤、水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量指标对添加有本发明粉煤灰的水泥性能进行评价，具体检测方法及性能指标采用GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》、GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》中的相关规定。
实施例1：
节煤催化剂的组分用量：
氧化剂2质量份，表面活性剂1.8质量份，还原型助燃剂1质量份；
其中，氧化剂为重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的混合物，且重铬酸钾：二氧化锰：次氯酸钠的质量比为1：1.2：3；
表面活性剂为三氯化锑、硫酸亚铁和乙酸铈的混合物，且三氯化锑：硫酸亚铁：乙酸铈的质量比为1：4.5：1.5；
还原型助燃剂为尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵的混合物，且尿素：硼砂：柠檬酸钠：甲酸钠：偏钒酸铵的质量比为3.5：0.5：4：3：1.3。
该实施例节煤催化剂的制备方法：
将水加入搅拌反应釜中，该实施例水的加入量与(氧化剂+表面活性剂+还原型助燃剂)三种物质总质量为7：3；具体溶解方法为：
向水中加入还原型助燃剂，搅拌30min，搅拌速率1400r/min，待还原型助燃剂于水中全部溶解后加入表面活性剂，表面活性剂溶解速率慢，搅拌时间需要150min，搅拌速率1400r/min，待表面活性剂溶解后缓慢加入氧化剂，加入速率为7L/min，加入过程中转速维持在1400r/min，搅拌时间为30min，待氧化剂完全溶解混匀后，即得到该实施例的节煤催化剂产品。
将制备好的节煤催化剂产品与煤炭(所用煤炭发热量为26250J/g，煤粉细度为80um筛筛余6％±2％)混合后一起进入煤磨粉磨，随后送人水泥回转窑燃烧；其中节煤催化剂加入量(氧化剂、表面活性剂和还原型助燃剂三种物质的总质量)按照煤炭量的3.0‰加入。
参见表1所示，通过与空白试验对比，该实施例添加有催化剂的煤炭的燃尽率可提高8.3％，煤炭初燃点降低约18℃，终燃点降低约11℃，平均燃烧速率提高了约2.1％/min。
另外，利用该实施例的煤炭燃烧后的粉煤灰制备水泥，吨熟料节煤约4.41kg；使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
实施例2：
与实施例1不同的是：
节煤催化剂的组分用量：氧化剂1.5份，表面活性剂3.5份，还原型助燃剂0.8份；
氧化剂中重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的质量比为3：1：2；
表面活性剂中三氯化锑、硫酸亚铁和乙酸铈的质量比为1.5：4.5：1.5；
还原型助燃剂为硼砂、柠檬酸钠和甲酸钠的混合物，且硼砂：柠檬酸钠：甲酸钠的质量比为0.5：3：4。
参见表1所示，通过与空白试验对比，煤炭的燃尽率可提高9.0％，煤炭初燃点降低约21℃，终燃点降低约13℃，平均燃烧速率提高了约2.3％/min。
另外，吨熟料节煤约4.70kg，使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
对比例1：
与实施例2不同的是：表面活性剂仅为乙酸铈。
参见表1所示，通过与空白试验对比，煤炭的燃尽率可提高6.5％，煤炭初燃点降低约12℃，终燃点降低约8℃，平均燃烧速率提高了约1.6％/min。
另外，吨熟料节煤约3.59kg，使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
对比例2：
与实施例2不同的是：
表面活性剂不包含三氯化锑，且硫酸亚铁与乙酸铈的质量比为4.5：1.5。
参见表1所示，通过与空白试验对比，煤炭的燃尽率可提高7.3％，煤炭初燃点降低约15℃，终燃点降低约9℃，平均燃烧速率提高了约1.8％/min。
另外，吨熟料节煤约3.96kg，使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
实施例3：
与实施例1不同的是：表面活性剂包括三氯化锑和硫酸亚铁，且三氯化锑与硫酸亚铁的质量比为1：4.5。
参见表1所示，通过与空白试验对比，煤炭的燃尽率可提高8.0％，煤炭初燃点降低约17℃，终燃点降低约10℃，平均燃烧速率提高了约2.0％/min。
另外，吨熟料节煤约4.23kg，使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
实施例4：
与实施例1不同的是：表面活性剂为三氯化锑。
参见表1所示，通过与空白试验对比，煤炭的燃尽率可提高7.5％，煤炭初燃点降低约16℃，终燃点降低约9℃，平均燃烧速率提高了约1.8％/min。
另外，吨熟料节煤约4.0kg；使用节煤催化剂前后，水泥的强度、凝结时间、f-CaO合格率、氯离子含量均未发生明显变化，满足相应指标要求。
表1
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种节煤催化剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：氧化剂：1～3份，表面活性剂：0.5～4份和还原型助燃剂：0.5～1份；
所述氧化剂为重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的混合物；
所述表面活性剂为三氯化锑、三氯化锑和硫酸亚铁两者的混合物、三氯化锑和乙酸铈两者的混合物、或三氯化锑和硫酸亚铁以及乙酸铈三者的混合物；
所述还原型助燃剂选自尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的节煤催化剂，其特征在于，所述重铬酸钾、二氧化锰和次氯酸钠的质量比为：1～3：0.8～2.5：2～3。
3.根据权利要求1所述的节煤催化剂，其特征在于，所述表面活性剂为三氯化锑和硫酸亚铁以及乙酸铈三者的混合物，且三氯化锑、硫酸亚铁和乙酸铈的质量比为1～2.5：4～7：1.5～3。
4.根据权利要求1所述的节煤催化剂，其特征在于，所述尿素、硼砂、柠檬酸钠、甲酸钠和偏钒酸铵的质量比为3～6：0.5～1：2～5：3～4：1～3。
5.权利要求1～4任意一项所述的节煤催化剂的制备方法，其特征在于，方法包括用水溶解所述还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂制成液态节煤催化剂；或者将所述还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂混合制成固态节煤催化剂。
6.根据权利要5所述的节煤催化剂的制备方法，其特征在于，将还原型助燃剂、表面活性剂和氧化剂分别依次溶解于水中。
7.一种煤炭，其特征在于，所述煤添加有权利要求1所述的节煤催化剂。
8.根据权利要求7所述的煤炭，其特征在于，所述节煤催化剂的添加质量占煤炭质量的2.7‰～3.0‰。
9.一种粉煤灰，其特征在于，所述粉煤灰为权利要求7所述煤炭燃烧后产生的粉煤灰。
10.一种水泥，其特征在于，所述水泥的制备原料包括权利要求9所述粉煤灰。
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