CN1718699A

CN1718699A - 煤用催化助燃剂

Info

Publication number: CN1718699A
Application number: CN 200510031430
Authority: CN
Inventors: 尹小林; 李罗丝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-01-11

Abstract

一种煤用催化助燃剂，采用主体原料或者主体原料加辅助原料制备而成，主体原料包括醋酸盐、草酸盐、琥珀酸盐、脂肪酸盐等17类有机酸盐及三甲基乙酰叔酮酯铜、甲基环戊二稀三羰基锰、氯化物和以醋酸、草酸等17种有机酸与矿石类或金属氧化物或金属或化合物反应制备的有机化合物，主体原料选取上述二种或数种配伍；辅助原料包括高热剂、表面涂覆剂、溶剂、辅助剂、乳化分散剂、固硫剂及填料，选取其中一种或数种配伍。本发明煤用催化助燃剂的加入能促使煤的反应性和可燃性大为提高，燃烧效率有效提高，废气中SO₂、CO、NO_X含量有效下降，从而达到节能降污的目的。

Description

煤用催化助燃剂

技术领域：

本发明涉及固体燃料-煤的燃烧应用技术及减污技术，具体涉及煤的催化助燃剂。

背景技术：

面对能源趋紧和环保要求，如何提高能源热效率和减少大气污染物排放，已成为众多企业及技术工作者努力的目标。我们常用的能源分为固体燃料(如煤)、液体燃料(如汽油、煤油、柴油、重油、焦油、植物油、醇类合成燃料等)、气体燃料(如天然气、水煤气、合成气等)，其中液体燃料的助剂(如洁净技术、催化助燃剂、清净剂等)应用已日趋成熟，并取得了显著成效；固体燃料除火箭固体燃料助燃剂应用已相当成功外，煤此前或许因为价格低其助剂的应用虽经历了近30年的探索过程，但尚不够成熟。

从国内外专利检索与文献检索及实际应用情况来看，现有的煤用催化助燃剂(含煤用调解剂、节煤粉、消烟剂、固硫剂等)从公布的原理及配方来看大致可分为三大类：第一类以烟花、火药原料强氧化剂(如硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐)为主，或辅以工业盐、MnO₂、Fe₂O₃、糖、脲素、磷及硫化锑等，或辅以一些含CaO、MgO、Na₂O的固硫剂(如专利CN1227256A其组成为助燃剂KNO₃、NaNO₃20∽40％，增氧剂KMnO₄10∽15％、消烟剂吐温-60、氧化铁10∽25％、脱硫剂MnCO₃、CaO 0∽20％、活化剂十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠、磷酸三钠10∽20％、膨松剂MgO、NaCl、电石灰0∽10％)；第二类以各种金属氧化物及尾矿为主(如专利CN1172151A，其助燃组份为硼泥25∽40％、电石灰6∽20％、石灰石4∽12％、铁选尾矿渣10∽20％、MnO₂3∽10％、生产重铬酸钾的废渣3∽8％、生产重铬酸钠的废渣1∽8％、铝矾土4∽6％、NaCl 1∽2％、Na₂CO₃ 2∽3％、NaOH 1∽3％、植物碎屑4∽20％)；第三类以低分子醇类为主，(如专利CN1266089A，其组成为甲醇10∽20％、乙醇10∽18％、吐温(20∽80)2∽4％、司班(80)2∽4％、蒸馏水50∽70％)。

现有的各类煤用助燃剂对促进煤的燃烧确有一定帮助，对环保减污也能有一定效果，但由于使用的安全性、稳定性、经济性等方面也确实存在不少问题，导致推广应用中负面作用较大而难以推广。本申请人从近二十年“环保节能降耗”方面的具体技术工作中发现：第一类以烟花、火药类速燃性强氧化剂为主原料的煤用助燃剂，虽对降低煤的燃点，促进燃烧有一定效果，但在成本合算情况下加入煤中这种速燃性氧化剂的量少、作用时间短，实际功效很有限(当然这类氧化剂对减少立窑生料球煅烧中CO的热损失及抑制包氏反应很有效)，且加工、运输、储存及使用过程中安全性成大问题，虽说加水10∽20倍溶解后使用，但在运输及粉磨使用中同样大大增加爆炸危险，因为煤粉属爆炸物，其粉磨及储存必须控制氧含量，而氧化剂尤其是氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐这类强氧化剂与有机物接触即有自燃爆炸性，如高锰酸钾置于有机物如甘油上即会很快起火燃烧，硝酸盐选用不当或含量偏高也会引起自燃爆炸。另一方面，现有助燃剂专利技术及文献中强调的固硫原理( 、、 )本申请人认为亦有偏差，因为无论从化学反应动力学原理还是试验[用石墨(高纯碳)加硫磺或有机硫化物、添加纯的石灰石、硅酸镁、CaO、MgO、纯碱等]在高温燃烧状态下都不能有效固硫。实际上，从国内外成熟的“SO₂减排技术与烟气脱硫工程”中也可看到既使是采用最先进的强电子束照射加氨水法也必须考虑温度与水份。事实上，在炉内煤燃烧的高温状态下，大部分硫酸盐开始分解，如硫酸锌在约760℃分解，硫酸锰在850℃分解，石膏(CaSO₄)也在近700℃就开始部分分解(工业煅烧地板石膏控制温度为700∽1100℃、要求部分分解)。现有专利固硫剂之所以仍有一定效果，得益于煤灰份含量较高，加入的CaO与煤灰份中Al₂O₃及石膏结合生成了硫铝酸钙(稳定温度不低于1450℃)。第二类煤用助燃剂实质上侧重于金属离子的催化助燃作用，其掺量大，由于选用的为较粗颗粒的固体矿物，须经干燥、分解、扩散过程才能发挥作用(其作用不及时)，加之金属功能元素的选用偏差，导致催化助燃效率低；第三类煤用助燃剂实质上仅相当于增加点煤的易燃挥发份。

今天，煤作为存量有限的化石资源，其耗用量大面广，牵涉到电力、制造及人们日常生活的方方面面，但煤的热效率大多太低，对环境污染大，如何提高资源利用效率、减轻环境污染，除尽力改造燃烧装置及工艺参数外，还急需更有效的煤用催化助燃剂。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决现在煤燃烧不够充分、热效率低、大气污染物排放多、环境污染大的问题；根据固体燃料—煤这种以碳氢元素为主的链状及多环状结构化合物的特性、结合工业炉层状燃烧、粉煤燃烧、旋风燃烧、沸腾燃烧技术应用中煤的氧化燃烧过程伴随的各种复杂化学反应，如热裂解、热合成、缩合、环化、脱氢、氧化、催化等特点，提高煤的燃烧热效率，尽可能减轻污染排放，提供一系列具有良好安全性、稳定性、经济性及催化助燃效率高的煤用催化助燃剂。

本发明采用的技术方案如下：本发明的煤用催化助燃剂，采用主体原料或者主体原料加辅助原料制备而成，其主体原料包括醋酸盐、草酸盐、琥珀酸盐、脂肪酸盐(C_nH_2nO₂，n＝5∽12)、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、氨基磺酸盐、马来酸盐、富马酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、鞣酸盐、乳酸盐、羟基酸盐、苯甲酸盐、环烷酸盐、异辛酸盐、三甲基乙酰叔酮酯铜、甲基环戊二烯三羰基锰、氯化物及以醋酸、草酸、脂肪酸、烷基磺酸、烷基苯磺酸、琥珀酸、马来酸、富马酸、柠檬酸、酒石酸、鞣酸、乳酸、羟基酸、苯甲酸、环烷酸、异辛酸等有机酸为原料与矿石类或金属氧化物或金属或化合物反应制备有机化合物，如利用环烷酸与软锰矿、稀土、碳酸锌反应。主体原料视使用要求，选取二种或数种配伍；

上述技术方案中烷基磺酸盐包括石油磺酸盐，烷基磺酸包括石油磺酸；

其辅助原料包括高热剂、表面涂覆剂、溶剂、辅助剂、乳化分散剂、固硫剂及填料，视使用要求，选取一种或数种配伍。

上述中的醋酸盐指醋酸钠、醋酸钾、醋酸钙、醋酸镁、醋酸铁、醋酸铝、醋酸钡、醋酸铜、醋酸锌、醋酸钴、醋酸锰、醋酸镍、醋酸稀土、醋酸铈、醋酸镧等。

上述中的草酸盐指草酸钠、草酸钾、草酸钙、草酸镁、草酸铁、草酸铝、草酸钡、草酸铜、草酸锌、草酸钴、草酸锰、草酸镍、草酸稀土、草酸铈、草酸镧等。

上述中的脂肪酸盐指脂肪酸钠、脂肪酸钾、脂肪酸钙、脂肪酸镁、脂肪酸铁、脂肪酸铝、脂肪酸钡、脂肪酸铜、脂肪酸锌、脂肪酸钴、脂肪酸锰、脂肪酸镍、脂肪酸稀土、脂肪酸铈、脂肪酸镧等。

上述中的烷基磺酸盐指烷基磺酸钠、烷基磺酸钾、烷基磺酸钙、烷基磺酸镁、烷基磺酸铁、烷基磺酸铝、烷基磺酸钡、烷基磺酸铜、烷基磺酸锌、烷基磺酸钴、烷基磺酸锰、烷基磺酸镍、烷基磺酸稀土、烷基磺酸铈、烷基磺酸镧等。

上述中的烷基苯磺酸盐指烷基苯磺酸钠、烷苯基磺酸钾、烷基苯磺酸钙、烷基苯磺酸镁、烷基苯磺酸铁、烷基苯磺酸铝、烷基苯磺酸钡、烷基苯磺酸铜、烷基苯磺酸锌、烷基苯磺酸钴、烷基苯磺酸锰、烷基苯磺酸镍、烷基苯磺酸稀土、烷基苯磺酸铈、烷基苯磺酸镧等。

上述中的氨基磺酸盐指氨基磺酸钠、氨基磺酸钾、氨基磺酸钙、氨基磺酸镁、氨基磺酸铁、氨基磺酸铝、氨基磺酸钡、氨基磺酸铜、氨基磺酸锌、氨基磺酸钴、氨基磺酸锰、氨基磺酸镍、氨基磺酸稀土、氨基磺酸铈、氨基磺酸镧等。

上述中的琥珀酸盐指琥珀酸钠、琥珀酸钾、琥珀酸钙、琥珀酸镁、琥珀酸铁、琥珀酸铝、琥珀酸钡、琥珀酸铜、琥珀酸锌、琥珀酸钴、琥珀酸锰、琥珀酸镍、琥珀酸稀土、琥珀酸铈、琥珀酸镧等。

上述中的马来酸盐指马来酸钠、马来酸钾、马来酸钙、马来酸镁、马来酸铁、马来酸铝、马来酸钡、马来酸铜、马来酸锌、马来酸钴、马来酸锰、马来酸镍、马来酸稀土、马来酸铈、马来酸镧等。

上述中的富马酸盐指富马酸钠、富马酸钾、富马酸钙、富马酸镁、富马酸铁、富马酸铝、富马酸钡、富马酸铜、富马酸锌、富马酸钴、富马酸锰、富马酸镍、富马酸稀土、富马酸铈、富马酸镧等。

上述中的柠檬酸盐指柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙、柠檬酸镁、柠檬酸铁、柠檬酸铝、柠檬酸钡、柠檬酸铜、柠檬酸钴、柠檬酸锰、柠檬酸镍、柠檬酸稀土、柠檬酸铈、柠檬酸镧等。

上述中的酒石酸盐指酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸钙、酒石酸镁、酒石酸铁、酒石酸铝、酒石酸钡、酒石酸铜、酒石酸锌、酒石酸钴、酒石酸锰、酒石酸镍、酒石酸稀土、酒石酸铈、酒石酸镧等。

上述中的鞣酸盐指鞣酸钠、鞣酸钾、鞣酸钙、鞣酸镁、鞣酸铁、鞣酸铝、鞣酸钡、鞣酸铜、鞣酸锌、鞣酸钴、鞣酸锰、鞣酸镍、鞣酸稀土、鞣酸铈、鞣酸镧等。

上述中的乳酸盐指乳酸钠、乳酸钾、乳酸钙、乳酸镁、乳酸铁、乳酸铝、乳酸钡、乳酸铜、乳酸锌、乳酸钴、乳酸锰、乳酸镍、乳酸稀土、乳酸铈、乳酸镧等

上述中的羟基酸盐指羟基酸钠、羟基酸钾、羟基酸钙、羟基酸镁、羟基酸铁、羟基酸铝、羟基酸钡、羟基酸铜、羟基酸锌、羟基酸钴、羟基酸锰、羟基酸镍、羟基酸稀土、羟基酸铈、羟基酸镧等。

上述中的苯甲酸盐指苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸钙、苯甲酸镁、苯甲酸铁、苯甲酸铝、苯甲酸钡、苯甲酸铜、苯甲酸锌、苯甲酸钴、苯甲酸锰、苯甲酸镍、苯甲酸稀土、苯甲酸铈、苯甲酸镧等。

上述中的环烷酸盐指“碱渣”即环烷酸钠、环烷酸钾、环烷酸钙、环烷酸镁、环烷酸铁、环烷酸铝、环烷酸钡、环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸铜、环烷酸镍、环烷酸稀土、环烷酸铈、环烷酸镧等。

上述中的异辛酸盐指异辛酸钠、异辛酸钾、异辛酸钙、异辛酸镁、异辛酸铁、异辛酸铝、异辛酸钡、异辛酸钴、异辛酸锰、异辛酸铜、异辛酸锌、异辛酸镍、异辛酸稀土、异辛酸铈、异辛酸镧等。

上述中的氯化物指氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铁、氯化铝、氯化钡、氯化铜、氯化锌、氯化镍、氯化钴、氯化锰、氯化稀土、氯化铈、氯化镧等。

上述中的稀土指含La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y元素的矿粉或精制矿粉；

上述中的高热剂指铝粉、铁粉、镍粉、镁粉、铝镁粉、锌粉、铜粉、硼粉、银粉等。

上述中的表面涂覆剂指为防止金属粉末及硼粉在加工、运输、储存过程中被氧化而使用的隔离剂，包括石蜡、沥青、硬脂酸、油类等。

上述中的溶剂指制造液体催化助燃剂采用的水、甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、二甘醇、一缩二丙二醇、丙酮、季戊四醇、乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单丁醚、三甘醇、2一羟丙基甲醚、2一羟丙基乙醚及油类等。

上述中的辅助剂指Fe₂O₃、MnO₂、CeO₂、La₂O₃、B₂O₃、锰铁矿、软锰矿、钛铁矿、钙钛矿、硼酸、硼砂、硼矿石、工业盐、盐硝、含铂钯铑的矿石与尾矿及废渣、稀土及稀土尾矿；糖及糖泥、脲素、松香、樟脑、萘、石蜡、木炭、木粉；甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、异丁醇、异戊醇、叔丁醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、2一乙基乙醇、丙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇、季戊四醇、二甘醇、三甘醇、茨醇、杂醇油、脂肪醇、松油醇、石油醚、煤油、柴油、重油、焦油、月桂醇、苯甲醇、直链烷烃(C_nH_2n+2，n＝9∽15)、石油磺酸镁、石油磺酸钡、苯、苯酚、甲苯、二甲苯、丙酮、苯甲酸及盐、六氯苯、苦味酸及盐、水扬酸及盐、腐殖酸及盐、硬脂酸及盐；硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钡、硝酸铁、硝酸铝、硝酸铜、硝酸锌、硝酸锰、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铈、硝酸镧、硝酸铵、硝酸锶；氨基甲酸乙酯、草酸二甲酯、丁二酸单甲酯、氨基甲酸丁脂、异丙基硝酸酯、异戊基硝酸酯、异己基硝酸酯、环己基硝酸酯、异辛烷硝酸酯、异辛基硝酸酯、乳酸酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、二乙基氨基丙烯酸乙基酯、磷酸酯、胺、乙醇胺、直链烷醇胺、多乙烯多胺醇胺、酰胺、氨基酰胺、氨基聚醚、咪唑啉、琥珀酰亚胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、聚丁烷基胺、聚醚胺、聚异丁烯胺类合成油、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸烷基酯聚合物、马来酸酯聚合物、富马酸酯聚合物、二乙基铝、二茂铁、硝化柴油、氯化煤、磺化煤、硝化煤、草酸二异戊酯、硝基异丁基甘油等。

上述中的乳化分散剂指S-20、S-40、S-60、S-65、S-80、S-85乳化剂，T-20、T-40、T-60、T-65、T-80、T-85乳化剂及木钠、木钙、木镁、OP-3、OP-6、OP-10、TX-3、TX-6、TX-10、NAS、EA、AES、AESA、TA-40、LAS、AS、SAS、BX、皂脂、烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钙、烷基磺酸钠、烷基磺酸钙、氨基磺酸钠、氨基磺酸钙等表面活性剂及磷酸三丁酯等消泡组份。

上述的固硫剂指石灰或石灰渣、电石渣与矾土或高岭土复合、控制CaO与Al₂O₃克分子比为1∽5∶1

上述的填料指工业尾矿、工业废渣、石灰、蛭石、珍珠岩、膨润土等。其重量百分比配比如下：

本发明可以只采用主体原料，或者也可采用主体原料加辅助原料：

当本发明的煤用催化助燃剂为液体时，主体原料10∽100％，辅助原料0∽90％；

当本发明的煤用催化助燃剂为固体时，主体原料10∽100％，辅助原料0∽90％。

制作方法：

液体煤用催化助燃剂制作方法：依煤的品种、挥发份、灰份含量及燃烧炉工况与使用要求，选取主体原料及溶剂、乳化分散剂、辅助剂，先将乳化分散剂充分溶解于水或有机溶剂中，再依次加入主体原料、辅助原料充分分散均匀、无沉淀即可；

固体煤用催化助燃剂制作方法：依煤的种类、挥发份、灰份、全硫含量及燃烧工况与使用要求，选取主体原料、辅助原料。可先将固体原料粉碎或磨至所需细度后按重量比将其中的固体物料预混合再加液体物料混合均匀；或将各原料破碎后按重量比配料一起粉磨至所需细度，如100目∽400目。加有高热剂的须先作表面防氧化处理，如用石蜡浸涂处理铝粉、铝镁粉。

辅助原料中的辅助剂当选有硝酸盐时，其用量不超过15％，且须注意搭配，确保安全性。

使用方法：

视情况可在原煤破碎或粉磨时按比例加入，或在入燃烧炉时按比例加入成品煤中预均化一起入炉燃烧，或采用专用喷嘴入炉与煤一起燃烧，或对水溶性催化助燃剂加水稀释后或喷或淋或撒入煤中。

本发明的技术原理：

煤是由植物败亡后经生化反应及高温高压下的物理化学反应生成的化石燃料。简单地说，煤是复杂的有机化合物。从图1、图2两种年轻烟煤的化学结构模型我们可以更直观地了解到：煤的主体是三维空间的高分子化合物，它由许多结构相似又不完全相同的结构单元通过桥键联结而成，结构单元的核心为缩合芳香环。缩合芳香环数随煤化程度增加而增加，碳的质量分数为70∽83％时，平均环数为2；碳的质量分数为83∽90％时，平均环数为3∽5；碳的质量分数为90％以上时，环数急增；碳的质量分数大于95％时，环数大于40。结构单元的外围为官能团和烷基侧链及桥键，其中氧的存在形式为含氧官能团(如羧基-COOH、酚羟基-OH、羰基＞C＝O、醌键、甲氧基-O-CH₃)、醚键(R-O-R)和杂环(如呋喃环)；硫的存在形式有疏基(SH)、硫醚、噻吩等；氮的存在形式有吡啶、吡咯环、胺基和亚胺基等。结构单元之间靠不同长度的次甲基键、醚键、次甲基醚键、芳香碳—碳键等连接。不同煤化程度的煤，其桥键的类型和数量都不相同，在煤的高分子结构中还分散着一定量的低分子化合物，尤其是泥煤。煤化程度不同的煤，其结构存在很大差异，如图3所示的五种煤的代表性局部结构。

值得注意的是煤中氧含量的多少，对煤的性质影响很大，见图4所示的煤中含氧官能团随煤化程度的变化。

煤中除C、H、O、N、S等元素组成的可燃组份外，因成矿条件还含有粘土质、石英、碳酸盐、磺铁矿等无机组份，因成煤植物、成矿条件、煤化程度不同，其岩相组成差异很大。

煤的燃烧实质上是一个强氧化过程，大致可分为三阶段：即受热释放挥发份、气相挥发份的着火和燃烧、固体碳素残留物的着火和燃烧，其燃烧过程伴随着热裂解、热合成、缩合、环化、脱氢、氧化、催化等各种复杂的化学反应。

煤的热裂解是煤中与基本结构单元联结的含氧官能团、侧链、桥键断裂，释放出小分子化合物的过程，热解后期还可能发生二次反应。各含氧官能团的稳定性和桥键的键能不同，所需的活化能不同，温度越高，破坏的官能团、侧链、桥键的数量越多，折出的挥发份量就越大。煤的热裂解特性与煤的岩相组成有直接关系。

挥发物的燃烧机理可视为：氧气扩散至表面吸附、形成过渡化合物、产物解吸，其主要燃烧反应为：、、、。

固体炭素残留物的燃烧机理可视为：氧气扩散至表面、反应、产物被带走，其主要燃烧反应为：固溶络合、离解，此燃烧反应包括吸附溶解、络合、热分解三个环节，其中化学吸附为控制因素。

煤的整个燃烧过程可视为挥发份析出燃烧(同时伴有部分碳燃烧)和残碳燃烧的总和，其残碳燃烧时间约占总燃烧时间的90％(因此强化碳燃烧是提高煤粒燃烧的关键)。煤粒的燃烧时间取决于煤的粒度、种类、结构、温度等，煤粒的活性越大、粒度越小、温度越高、则越容易燃烧。而煤的点燃温度则取决于煤质的特性、颗粒的大小等因素(挥发份含量越高、颗粒越细、点燃温度越低)。因此，强化煤粒燃烧的手段应是促进煤粒的热裂解、着火和燃烧各过程措施的总和。能改善煤质特性、降低反应活化能、提高煤的反应活性的物质可作为煤的催化助燃剂。

通常，催化助燃剂的物理、化学形态、数量及反应条件不同，其影响程度也是很不一样的。

本发明从煤的种类、工业分析、岩相组成与燃烧特性及工业炉燃烧技术特点入手，利用多元复合催化助燃组份与煤的相溶性吸附于煤粒上，其配位的有机酸基团直接嵌入煤粒内部，功能性金属离子融近碳的晶格，降低C-H、C-C、C-O、C-N、C-S键活化能，提高反应活性，促进煤结构单元的含氧官能团、侧链、桥键断裂，加以辅助组份，降低燃点，促进裂解和着火燃烧，提高残碳反应活性，加速氧化燃烧。

本发明既利用配位基效应提高与煤粒的溶解度，使金属组分在煤碳粒子中的分散性提高而提高催化助燃消烟效果，又利用有机配位基或其反应产物参与挥发份自由基连锁反应或残碳及碳烟生成的离子-分子反应，从而产生助燃消烟作用，加入的辅助剂或提供自由基促进燃料分子链反应的进行强化燃烧，或在燃烧反应区引入补充氧，或起金属催化功能效应，以达到助燃消烟作用。

本发明选用的金属功能元素通过催化煤高分子结构的裂解与气化，并在高温火焰中离解，通过电荷转移及氧置换(使燃料获得原子氧、产生自由基、降低活化能、大大提高氧化速度)作用，有效地促进了氧化反应，抑制碳烟生成(稀土金属具有脱氢化反应的负催化作用，能抑制燃料在高温缺氧下热裂解产生游离碳，同时也能防止链状碳氢化合物变为环状化合物)，催化残碳及碳烟燃烧(造成碳的晶格畸变、碳-金属络合物容易从晶格中脱离出来、碳的活性提高)，且部分金属离子有效的催化CO的氧化，致使碳的燃尽速度加快，燃烧热效率提高，废气中CO污染物排放可减少50％∽90％，煤灰渣中碳含量可减少至1％以下。

当辅助剂中选用有高热剂时，金属粉末及硼粉可与氧化物及助燃组份燃烧释入出大量热量并催化助燃，迅速提高燃烧温度，加快煤挥发份及残碳与碳烟的氧化燃烧。

由于催化助燃作用，煤碳的燃尽速度加快，燃烧产物在燃烧室停留的时间大大缩短，加之金属效应，废气中NO_X含量亦将减少40∽80％，因为NO的生成并不是瞬时完成的，燃烧产物在燃烧室停留的时间小于达到生成NO平衡浓度所需的时间，且稀土金属抑制了NO的形成。

在高温下CaO、Al₂O₃与氧化硫及CaSO₄经扩散碰撞固液相反应形成稳定的硫铝酸钙，但固硫原料的加入与否视使用情况而定，当应用于旋窑水泥制造时，可改烟煤为无烟煤或劣质煤以降低成本，且无须加入固硫原料，因为旋窑及预分解窑高温烟气都须透过高温物料，而高温物料中有足够量的CaO、Al₂O₃可反应生成硫铝酸钙，当应用于层状燃烧炉、旋风燃烧炉、沸腾燃烧炉及电厂、冶炼厂部分煤粉喷吹炉时，可视煤中的全硫含量配置适量的含CaO、Al₂O₃原料以生成硫铝酸钙固硫。

简而言之，由于催化助燃剂的加入促使煤的反应性和可燃性大为提高，燃烧效率有效提高，废气中SO₂、CO、NOx含量有效下降，从而有效地达到“节能降污”目的。

附图说明：

图1为威斯化学结构模型图

图2为本田化学结构模型图

图3为5种煤的代表性局部结构图

图4为煤中含氧官能团的分布与煤化程度的关系图

具体实施方式：

实施例1：按重量比将10份醋酸铁(三价铁)、8份醋酸钴、16份醋酸铈、16份醋酸镧、5份苯甲酸钠、3份蔗糖、2份氯化钠、40份水溶解均匀。

实施例2：按重量比将6份环烷酸锰、10份异辛酸铈、8份环烷酸钴、10份异辛酸铁、16份异辛酸镧、6份草酸二异戊酯、3份二茂铁、2份二乙基铝、1份磷酸三丁酯、3份OP-3、3份季戊四醇、5份二甘醇、27份柴油溶解均匀。

实施例3：按重量比将10份“碱渣”(环烷酸钠)、3份乳酸钙、12份醋酸锌、16份醋酸锰、10份苯甲酸铈、3份羟基酸钴、16份环烷酸铜、5份氧化硼、3份铝粉(用石蜡液预处理)、7份三氧化二铁、8份生石灰、3份矾土、4份细木屑经破碎至小于5mm后混合均匀。应用时按比例与煤一起加入煤磨粉磨成细煤粉。

实施例4：按重量比将10份草酸铁、11份柠檬酸钴、8份酒石酸锌、15份醋酸锰、20份氯化稀土、8份钙钛矿、4份硼镁石、8份松香、3份硝酸钠、5份含铂钯尾矿、5份石灰渣、3份造气炉渣经干燥、破碎、粉磨至200目。

实施例5：按重量比选取34份软锰矿、20份稀土矿、8份铅锌矿、6份钙钛矿、10份硝酸、22份石油磺酸，先将软锰矿、稀土矿、铅锌矿、钙钛矿破碎后加硝酸反应，静置30分钟后，再升温加石油磺酸搅拌反应，静置30分钟。

实施例6：选取MnCO₃、CoCO₃、Fe₂O₃、CeO₂、La₂O₃、硝酸、异辛酸、石油醚、二茂铁为原料，依MnCO₃、CoCO₃、Fe₂O₃、CeO₂、La₂O₃及硝酸、异辛酸原料的有效含量，确定反应投料比，先将MnCO₃、CoCO₃、Fe₂O₃、CeO₂、La₂O₃与硝酸反应生成硝酸锰、硝酸钴、硝酸铁、硝酸铈、硝酸镧，再与异辛酸反应制取异辛酸锰、异辛酸钴、异辛酸铁、异辛酸铈、异辛酸镧的混合物A料，再按重量比A料65份、石油醚30份、二茂铁5份溶解均匀。

Claims

1.一种煤用催化助燃剂，其特征在于采用主体原料或者主体原料加辅助原料制备而成，主体原料包括醋酸盐、草酸盐、琥珀酸盐、脂肪酸盐(C_nH_2nO₂，n＝5∽12)、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、氨基磺酸盐、马来酸盐、富马酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、鞣酸盐、乳酸盐、羟基酸盐、苯甲酸盐、环烷酸盐、异辛酸盐、三甲基乙酰叔酮酯铜、甲基环戊二烯三羰基锰、氯化物及以有机酸醋酸、草酸、脂肪酸、烷基磺酸、烷基苯磺酸、氨基磺酸、琥珀酸、马来酸、富马酸、柠檬酸、酒石酸、鞣酸、乳酸、羟基酸、苯甲酸、环烷酸、异辛酸为原料与矿石类或金属氧化物或金属或化合物反应制备有机化合物。主体原料选取上述二种或数种配伍；辅助原料包括高热剂、表面涂覆剂、溶剂、辅助剂、乳化分散剂、固硫剂及填料，选取其中一种或数种配伍。

2.根据权利要求1所述的煤用催化助燃剂，其特征在于所述的醋酸盐指醋酸钠、醋酸钾、醋酸钙、醋酸镁、醋酸铁、醋酸铝、醋酸钡、醋酸铜、醋酸锌、醋酸钴、醋酸锰、醋酸镍、醋酸稀土、醋酸铈、醋酸镧；

草酸盐指草酸钠、草酸钾、草酸钙、草酸镁、草酸铁、草酸铝、草酸钡、草酸铜、草酸锌、草酸钴、草酸锰、草酸镍、草酸稀土、草酸铈、草酸镧；

脂肪酸盐指脂肪酸钠、脂肪酸钾、脂肪酸钙、脂肪酸镁、脂肪酸铁、脂肪酸铝、脂肪酸钡、脂肪酸铜、脂肪酸锌、脂肪酸钴、脂肪酸锰、脂肪酸镍、脂肪酸稀土、脂肪酸铈、脂肪酸镧；

烷基磺酸盐指烷基磺酸钠、烷基磺酸钾、烷基磺酸钙、烷基磺酸镁、烷基磺酸铁、烷基磺酸铝、烷基磺酸钡、烷基磺酸铜、烷基磺酸锌、烷基磺酸钴、烷基磺酸锰、烷基磺酸镍、烷基磺酸稀土、烷基磺酸铈、烷基磺酸镧；

烷基苯磺酸盐指烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钾、烷基苯磺酸钙、烷基苯磺酸镁、烷基苯磺酸铁、烷基苯磺酸铝、烷基苯磺酸钡、烷基苯磺酸铜、烷基苯磺酸锌、烷基苯磺酸钴、烷基苯磺酸锰、烷基苯磺酸镍、烷基苯磺酸稀土、烷基苯磺酸铈、烷基苯磺酸镧；

氨基磺酸盐指氨基磺酸钠、氨基磺酸钾、氨基磺酸钙、氨基磺酸镁、氨基磺酸铁、氨基磺酸铝、氨基磺酸钡、氨基磺酸铜、氨基磺酸锌、氨基磺酸钴、氨基磺酸锰、氨基磺酸镍、氨基磺酸稀土、氨基磺酸铈、氨基磺酸镧；

琥珀酸盐指琥珀酸钠、琥珀酸钾、琥珀酸钙、琥珀酸镁、琥珀酸铁、琥珀酸铝、琥珀酸钡、琥珀酸铜、琥珀酸锌、琥珀酸钴、琥珀酸锰、琥珀酸镍、琥珀酸稀土、琥珀酸铈、琥珀酸镧；

马来酸盐指马来酸钠、马来酸钾、马来酸钙、马来酸镁、马来酸铁、马来酸铝、马来酸钡、马来酸铜、马来酸锌、马来酸钴、马来酸锰、马来酸镍、马来酸稀土、马来酸铈、马来酸镧；

富马酸盐指富马酸钠、富马酸钾、富马酸钙、富马酸镁、富马酸铁、富马酸铝、富马酸钡、富马酸铜、富马酸锌、富马酸钴、富马酸锰、富马酸镍、富马酸稀土、富马酸铈、富马酸镧；

柠檬酸盐指柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙、柠檬酸镁、柠檬酸铁、柠檬酸铝、柠檬酸钡、柠檬酸铜、柠檬酸钴、柠檬酸锰、柠檬酸镍、柠檬酸稀土、柠檬酸铈、柠檬酸镧；

酒石酸盐指酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸钙、酒石酸镁、酒石酸铁、酒石酸铝、酒石酸钡、酒石酸铜、酒石酸锌、酒石酸钴、酒石酸锰、酒石酸镍、酒石酸稀土、酒石酸铈、酒石酸镧；

鞣酸盐指鞣酸钠、鞣酸钾、鞣酸钙、鞣酸镁、鞣酸铁、鞣酸铝、鞣酸钡、鞣酸铜、鞣酸锌、鞣酸钴、鞣酸锰、鞣酸镍、鞣酸稀土、鞣酸铈、鞣酸镧；

乳酸盐指乳酸钠、乳酸钾、乳酸钙、乳酸镁、乳酸铁、乳酸铝、乳酸钡、乳酸铜、乳酸锌、乳酸钴、乳酸锰、乳酸镍、乳酸稀土、乳酸铈、乳酸镧等

羟基酸盐指羟基酸钠、羟基酸钾、羟基酸钙、羟基酸镁、羟基酸铁、羟基酸铝、羟基酸钡、羟基酸铜、羟基酸锌、羟基酸钴、羟基酸锰、羟基酸镍、羟基酸稀土、羟基酸铈、羟基酸镧；

苯甲酸盐指苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸钙、苯甲酸镁、苯甲酸铁、苯甲酸铝、苯甲酸钡、苯甲酸铜、苯甲酸锌、苯甲酸钴、苯甲酸锰、苯甲酸镍、苯甲酸稀土、苯甲酸铈、苯甲酸镧；

环烷酸盐指“碱渣”即环烷酸钠、环烷酸钾、环烷酸钙、环烷酸镁、环烷酸铁、环烷酸铝、环烷酸钡、环烷酸钴、环烷酸锰、环烷酸铜、环烷酸镍、环烷酸稀土、环烷酸铈、环烷酸镧；

异辛酸盐指异辛酸钠、异辛酸钾、异辛酸钙、异辛酸镁、异辛酸铁、异辛酸铝、异辛酸钡、异辛酸钴、异辛酸锰、异辛酸铜、异辛酸锌、异辛酸镍、异辛酸稀土、异辛酸铈、异辛酸镧；

氯化物指氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铁、氯化铝、氯化钡、氯化铜、氯化锌、氯化镍、氯化钴、氯化锰、氯化稀土、氯化铈、氯化镧；

稀土指含La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu、Sc、Y元素的矿及精制矿粉。

3.根据权利要求1所述的煤用催化助燃剂，其特征在于所述的高热剂指铝粉、铁粉、镍粉、镁粉、铝镁粉、锌粉、铜粉、硼粉、银粉；

表面涂覆剂指为防止金属粉末及硼粉在加工、运输、储存过程中被氧化而使用的隔离剂，包括石蜡、沥青、硬脂酸、油类；

溶剂指制造液体催化助燃剂采用的水、甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、二甘醇、一缩二丙二醇、丙酮、季戊四醇、乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单丁醚、三甘醇、2一羟丙基甲醚、2一羟丙基乙醚及油类；

辅助剂指Fe₂O₃、MnO₂、CeO₂、La₂O₃、B₂O₃、锰铁矿、软锰矿、钛铁矿、钙钛矿、硼酸、硼砂、硼矿石、工业盐、盐硝、含铂钯铑的矿石与尾矿及废渣、稀土及稀土尾矿；糖及糖泥、脲素、松香、樟脑、萘、石蜡、木炭、木粉；甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、异丁醇、异戊醇、叔丁醇、乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、2一乙基乙醇、丙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇、季戊四醇、二甘醇、三甘醇、茨醇、杂醇油、脂肪醇、松油醇、石油醚、煤油、柴油、重油、焦油、月桂醇、苯甲醇、直链烷烃(C_nH_2n+2，n＝9∽15)、石油磺酸镁、石油磺酸钡、苯、苯酚、甲苯、二甲苯、丙酮、苯甲酸及盐、六氯苯、苦味酸及盐、水扬酸及盐、腐殖酸及盐、硬脂酸及盐；硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钡、硝酸铁、硝酸铝、硝酸铜、硝酸锌、硝酸锰、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铈、硝酸镧、硝酸铵、硝酸锶；氨基甲酸乙酯、草酸二甲酯、丁二酸单甲酯、氨基甲酸丁脂、异丙基硝酸酯、异戊基硝酸酯、异己基硝酸酯、环己基硝酸酯、异辛烷硝酸酯、异辛基硝酸酯、乳酸酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、二乙基氨基丙烯酸乙基酯、磷酸酯、胺、乙醇胺、直链烷醇胺、多乙烯多胺醇胺、酰胺、氨基酰胺、氨基聚醚、咪唑啉、琥珀酰亚胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、聚丁烷基胺、聚醚胺、聚异丁烯胺类合成油、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸烷基酯聚合物、马来酸酯聚合物、富马酸酯聚合物、二乙基铝、二茂铁、硝化柴油、氯化煤、磺化煤、硝化煤、草酸二异戊酯、硝基异丁基甘油；

乳化分散剂指S-20、S-40、S-60、S-65、S-80、S-85乳化剂，T-20、T-40、T-60、T-65、T-80、T-85乳化剂及木钠、木钙、木镁、OP-3、OP-6、OP-10、TX-3、TX-6、TX-10、NAS、EA、AES、AESA、TA-40、LAS、AS、SAS、BX、皂脂、烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钙、烷基磺酸钠、烷基磺酸钙、氨基磺酸钠、氨基磺酸钙这些表面活性剂及磷酸三丁酯消泡组份；

固硫剂指石灰或石灰渣、电石渣与矾土或高岭土复合、控制CaO与Al₂O₃克分子比为1∽5∶1；

填料指工业尾矿、工业废渣、石灰、蛭石、珍珠岩、膨润土。

4.根据权利要求1所述的煤用催化助燃剂，其特征在于主体原料与辅助原料的重量百分比配比为：主体原料10∽100％，辅助原料0∽90％。

5.根据权利要求1所述的煤用催化助燃剂的制作方法，其特征在于：液体煤用催化助燃剂制作方法：依煤的品种、挥发份、灰份含量及燃烧炉工况与使用要求，选取主体原料及溶剂、乳化分散剂、辅助剂，先将乳化分散剂充分溶解于水或有机溶剂中，再依次加入主体原料、辅助原料充分分散均匀、无沉淀即可；

固体煤用催化助燃剂制作方法：依煤的种类、挥发份、灰份、全硫含量及燃烧工况与使用要求，选取主体原料、辅助原料，可先将固体原料粉碎或磨至所需细度后按重量比将其中的固体物料预混合再加液体物料混合均匀；或将各原料破碎后按重量比配料一起粉磨至所需细度，加有高热剂的须先作表面防氧化处理。

6.根据权利要求4所述的煤用催化助燃剂，其特征在于辅助原料中的辅助剂当选有硝酸盐时，其用量不超过15％。