一种煤燃烧助剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种型煤燃烧助剂的制备方法，本发明适用于燃煤或煤气化的煤催化剂技术领域。
【背景技术】
[0002]中国的能源结构以煤炭为主，2013年煤炭的产量已经超过35亿吨，煤在一次能源消费构成中占65%左右，其中直接燃烧的煤占消费总量的75%左右。目前煤炭燃烧普遍存在的问题是:环境污染，能量效率、设备而腐蚀等问题。燃煤排放是造成目前中国城市PM2.5超标现象的主要原因之一，同时由于煤质等原因造成的能量利用率低也是燃煤技术中的突出问题。
[0003]S、N等氧化物排放的控制和颗粒排放的控制是燃煤技术的核心，目前对S、N排放的控制主要集中在尾气处理和原料煤预处理上，如果对煤的燃烧过程进行控制，做到既能减少污染物和细颗粒的排放，也可以提高能量利用效率，这样的洁净煤技术有很大的发展前景。煤催化燃烧技术在一些方面已经得到应用，一些文献或专利提出了改善燃烧的概念和方法。
[0004]煤燃烧助剂的作用机理主要有两种:氧传递原理和电子转移原理。从分子变化角度，煤炭燃烧主要是煤种大分子的脱碳裂解和脱氢裂解，脱碳裂解更有利于燃烧，一些碱金属或过滤金属能够降低C-C键能，促进脱碳燃烧。助剂中的活性组分对煤的作用主要分对挥发分和固定碳燃烧的催化作用，不仅能提高挥发分的释放量，而且能降低挥发分的着火点；固定碳在催化剂的作用下，也可降低着火点，加快固定碳燃烧。但是煤炭燃烧过程不会按照化学方程式简单进行，需要经过很多中间过程，而活性中间物一般是带有电荷的自由基，这些自由基很不稳定也就形成了燃烧过程的活性中心，增加活性中心的数量或生产速度，降低活性中心转化过程中的活化能，都能够促进燃烧。碱金属、部分过渡金属氧化物或盐类以及3d或f层电子未充满的副族元素都能够起到促进燃烧的作用。燃烧助剂能够改善燃烧条件，促进煤的充分燃烧程度，提高燃烧效率，降低排放气或灰分中未燃烧的碳颗粒量。
[0005]催化剂含量、种类及煤种对煤的催化剂燃烧都有不同程度的影响
[0006]目前的专利技术中煤催化剂或助剂组分特别是金属组分都是直接同其它组分混合。这样做的结果可能会降低一些金属的使用效果，简单混合后助剂中的金属有可能会成为灰分或变成细颗粒排除系统，造成新的污染。申请号为201110430520.2的专利提出用二茂铁、硝酸铈、柴油、硅酸钠、十二烷基苯磺酸钠等按照一定配比磨细后放入溶剂中混匀，然后加入乳化剂和稳定剂制备而成。申请号为CN200510017167.X的专利中用工业食盐、高氯酸价等强氧化剂、氧化钙、氧化镁、碳酸钙、氧化铝、硅藻土、水等配成助燃剂，将强氧化剂、氧化钙等无机氧化物等分别磨细，将所述原料放入搅拌机内搅拌均匀即成。申请号为CN200610075905.0的专利提出的煤催化剂由主体原料加辅助原料配成基质，这些基质用溶剂溶解而成，主题原料包括烷基醇醚、烷基脂、烯烃和芳香族化合物，辅助原料包括磷酸脂、氯代烃、酰胺化合物、金属化合物，以及少量含氮、硅或含氧的有机化合物，其中主题原料在基质中相对含量如下:烷基醇醚0.l-30wt%，烷基脂0.l_20wt%，芳香族化合物0.l_35wt%。依据燃料的种类特性及燃烧工况选取不同比例的主体原料及辅助原料充分分散均匀，成为燃烧催化剂基质，然后基质与溶剂混合得到燃烧催化剂，催化剂可通过喷流或喷雾方式加入炉内参与燃烧。申请号为CN201210004206.2的专利中煤催化剂由各种单体材料混合后再用溶剂溶剂溶解。单体主要是烷基磺酸盐、烷基酚烯醚、烷基脂、芳香基铁盐，脂肪酸盐、碳酸盐等，溶剂采用柴油，单体溶于溶剂后再均匀分散渗透到燃煤种即可直接使用。
[0007]以上这些煤燃烧催化剂或助剂的催化剂活性组分基本采用能够提供氧原子的有机物，或能起到电子转移作用的金属氧化物，制备方法上催化剂组分都采用简单的混合或搅拌，部分用溶剂分散。但是催化是分子之间的作用，均相催化一般采用溶剂分散，对均相非均相催化剂一般采用增大比表面积和负载等方法实现，对煤燃烧催化剂而言是一种非均相催化，采用溶剂分散虽然有助于催化剂通过喷雾或喷射均匀进入燃烧设备，但是对一些贵重的过渡金属或稀土金属化合物的分散效果不好，因此在配方中这类物质的用量偏高，另外由于这些物质都是以细颗粒状态进入燃烧系统，有可能会造成部分催化剂颗粒随尾气排出，既浪费也会成为新的污染排放物。本专利采用的新的煤燃烧助剂配方和分三方法，不仅解决了此前专利对金属化合物分散效果不好的问题，减少这些活性物质和分散剂的用量降低助剂成本，也能能达到节能和减排的效果。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种促进煤燃烧的助剂，该助剂主要由固硫剂、结构组分、活性组分和分散剂四个部分构成。固硫剂:碳酸钙、氧化钙等；结构组分:主要是具有一定孔结构的物质，主要起到支撑部分活性组分的作用；活性组分主要包括两种，一种为供氧型活性组分，另一种为电子转移型组分，如金属化合物包括稀土氧化物，其中一些组分需要事先通过浸渍等方法负载到结构助剂上，再同其它组分混合。
[0009]所述固硫剂:主要指氧化钙、氧化镁、碳酸钙等，固硫剂的质量百分比含量为0-5%。
[0010]活性组分:脂类、醚类、无机氧化剂、金属有机物，过渡金属化和物、稀土金属化合物，活性组分的质量百分比含量为3-20%。
[0011]其中，脂类选自:碳数低于20的脂类；脂类的质量百分比含量为0-2%;醚类选自:碳数低于8的醇醚、烯醇醚，质量百分比含量为0-5% ;强氧化性无机盐选自:高锰酸钾、氯酸盐，质量百分比含量为0.5-5%,金属有机物选自:二茂铁及其衍生物，质量百分比含量为0-2% ;过渡金属氧化物选自:Cu0、Mn02、Zn0、Ti02或过渡金属的硝酸盐等，质量百分含量为0.2-3% ;稀土金属选自:硝酸铈、硝酸镧，质量百分含量为0.01-0.5%
[0012]结构助剂:主要指氧化铝、二氧化硅、氧化锆、天然分子筛以及