本发明涉及一种煤炭助燃催化剂的制备方法，属于助燃催化剂技术领域。
背景技术：
煤炭作为我国最主要的能源资源，在国民经济中占有特别重要的地位，全国约75％的燃料来源于煤，火力发电、钢铁冶金、水泥建材行业又是其中的用煤大户。提高煤的有效利用率，节能降耗，是缓解能源矛盾和能源环境压力的根本措施，是提高经济增长质量和效益的重要途径，也是增强我国企业竞争力的必然要求。国内外对煤的催化燃烧机理进行了大量的研究，提出了“氧传递学说”、“电子转移学说”，根据上述机理研制的一些催化助燃剂已在市场上有一定应用，但效果不很理想，没有解决高温下催化剂的结构稳定性和比表面积的问题。
催化剂的结构决定催化剂的性能，而催化剂性能的高低主要由催化剂的比表面积决定。煤的催化燃烧是在高温下进行的，这就要求所用的催化剂在高温下具有稳定的结构和比表面积，否则难以达到理想的效果。近年来，为开发新的燃料助燃添加剂，人们作过许多努力。传统燃料助燃添加剂，虽然在一定程度上起到了改善燃料燃烧性能的作用，但存在燃料助燃添加剂功能少、效果单一的不足。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统煤炭助燃催化剂比表面积小，导致催化性能低，且在煤炭燃烧过程中结构稳定性差的问题，提供了一种以硅藻土为原料，负载硫酸钙后，经改性制得煤炭助燃催化剂的方法，本发明首先将硅藻土球磨粉碎后置于氯化钙溶液中，滴加硫酸钠，使产生的硫酸钙沉淀沉积于硅藻土的孔隙结构中，制得负载硫酸钙的硅藻土，再利用沼气液浸泡，使硅藻土吸附沼气液中有机质，经干燥后进行炭化，再利用碳在高温和无氧条件下，以纳米铁粉和氟化钠为催化剂，与硅藻土中所含二氧化硅反应，生成碳化硅，作为增强成分提高产品在高温下的结构稳定性，再在有氧条件下煅烧除去剩余的碳，并使铁粉生成氧化铁，利用氢氧化钠除去部分未反应的二氧化硅，使硅藻土的比表面积进一步增大，最终经干燥制得煤炭助燃催化剂，有效解决了传统煤炭助燃催化剂催化性能低，且结构稳定性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取600～800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2～4h后，过325～500目筛，得硅藻土粉，并将所得硅藻土粉倒入盛有1200～1400mL质量分数为15～20%氯化钙溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至55～60℃，搅拌转速至600～800r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加400～500mL质量分数为25～30%硫酸钠溶液，控制在1～2h内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应30～45min，待自然冷却至室温，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3～5次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得负载硫酸钙的硅藻土；
（2）称取400～600g上述所得负载硫酸钙的硅藻土，倒入盛有2～3L沼气液的玻璃罐中，用玻璃棒搅拌混合3～5min后将玻璃罐密封，并将玻璃罐移至避光通风处，放置3～5天，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；
（3）依次称取300～500g上述所得干燥滤饼，10～20g纳米铁粉，3～5g氟化钠，混合均匀后倒入石墨坩埚中，再将坩埚转入炭化炉，以10～15mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至550～600℃，保温炭化45～60min，随后继续以10～15℃/min速率程序升温至1500～1600℃，保温反应2～4h；
（4）待反应结束，随炉冷却至780～800℃，随后停止通入氩气，并以6～8mL/min速率向炉内通入空气，保温反应3～5h，随炉冷却至室温，再将炉内物料倒入盛有800～1000mL质量分数为15～20%氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合45～60min，过滤，收集滤饼，并将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化剂。
本发明的应用方法：按质量比为1:5～1:8将本发明制备的煤炭助燃催化剂和水加入混料机中，于温度为60～70℃，转速为600～700r/min条件下搅拌混合40～50min，得稀释液，随后按煤炭质量的0.7～1.5%将稀释液与煤炭混合均匀即可。经检测，本发明制得的煤炭助燃催化剂，在1000～1500℃温度下，催化剂的比表面积可达25～50m2/g，在使用过程中结构稳定，不易崩塌，使窑炉热效率提高10～12%，炉渣含碳量减少15～20%，节煤率提高了6～8%，且安全可靠，适合大规模生产应用。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的煤炭助燃催化剂在高温下具有优异的结构稳定性，且助燃催化剂的比表面积大幅增加，使煤炭充分燃烧；
（2）本发明制备的煤炭助燃催化剂具有可提高燃料的燃烧效率，节省燃煤，价格便宜，经济实惠，使用安全而且清洁环保的优点，适合大规模生产应用。
具体实施方式
称取600～800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2～4h后，过325～500目筛，得硅藻土粉，并将所得硅藻土粉倒入盛有1200～1400mL质量分数为15～20%氯化钙溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至55～60℃，搅拌转速至600～800r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加400～500mL质量分数为25～30%硫酸钠溶液，控制在1～2h内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应30～45min，待自然冷却至室温，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3～5次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得负载硫酸钙的硅藻土；称取400～600g上述所得负载硫酸钙的硅藻土，倒入盛有2～3L沼气液的玻璃罐中，用玻璃棒搅拌混合3～5min后将玻璃罐密封，并将玻璃罐移至避光通风处，放置3～5天，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次称取300～500g上述所得干燥滤饼，10～20g纳米铁粉，3～5g氟化钠，混合均匀后倒入石墨坩埚中，再将坩埚转入炭化炉，以10～15mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至550～600℃，保温炭化45～60min，随后继续以10～15℃/min速率程序升温至1500～1600℃，保温反应2～4h；待反应结束，随炉冷却至780～800℃，随后停止通入氩气，并以6～8mL/min速率向炉内通入空气，保温反应3～5h，随炉冷却至室温，再将炉内物料倒入盛有800～1000mL质量分数为15～20%氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合45～60min，过滤，收集滤饼，并将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化剂。
实例1
称取600g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2h后，过325目筛，得硅藻土粉，并将所得硅藻土粉倒入盛有1200mL质量分数为15%氯化钙溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至55℃，搅拌转速至600r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加400mL质量分数为25%硫酸钠溶液，控制在1h内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应30min，待自然冷却至室温，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得负载硫酸钙的硅藻土；称取400g上述所得负载硫酸钙的硅藻土，倒入盛有2L沼气液的玻璃罐中，用玻璃棒搅拌混合3min后将玻璃罐密封，并将玻璃罐移至避光通风处，放置3天，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次称取300g上述所得干燥滤饼，10g纳米铁粉，3g氟化钠，混合均匀后倒入石墨坩埚中，再将坩埚转入炭化炉，以10mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以8℃/min速率程序升温至550℃，保温炭化45min，随后继续以10℃/min速率程序升温至1500℃，保温反应2h；待反应结束，随炉冷却至780℃，随后停止通入氩气，并以6mL/min速率向炉内通入空气，保温反应3h，随炉冷却至室温，再将炉内物料倒入盛有800mL质量分数为15%氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合45min，过滤，收集滤饼，并将滤饼置于烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化剂。
按质量比为1:5将本发明制备的煤炭助燃催化剂和水加入混料机中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下搅拌混合40min，得稀释液，随后按按煤炭质量的0.7%将稀释液与煤炭混合均匀即可。经检测，本发明制得的煤炭助燃催化剂，在1000℃催化剂的比表面积温度在25m2/g，在使用过程中结构稳定，不易崩塌，使窑炉热效率提高10%，炉渣含碳量减少15%，节煤率提高了6%，且安全可靠，适合大规模生产应用。
实例2
称取800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨4h后，过500目筛，得硅藻土粉，并将所得硅藻土粉倒入盛有1400mL质量分数为20%氯化钙溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至60℃，搅拌转速至800r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加500mL质量分数为30%硫酸钠溶液，控制在2h内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应45min，待自然冷却至室温，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得负载硫酸钙的硅藻土；称取600g上述所得负载硫酸钙的硅藻土，倒入盛有3L沼气液的玻璃罐中，用玻璃棒搅拌混合5min后将玻璃罐密封，并将玻璃罐移至避光通风处，放置5天，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次称取500g上述所得干燥滤饼，20g纳米铁粉，5g氟化钠，混合均匀后倒入石墨坩埚中，再将坩埚转入炭化炉，以15mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以10℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化60min，随后继续以15℃/min速率程序升温至1600℃，保温反应4h；待反应结束，随炉冷却至800℃，随后停止通入氩气，并以8mL/min速率向炉内通入空气，保温反应5h，随炉冷却至室温，再将炉内物料倒入盛有1000mL质量分数为20%氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合60min，过滤，收集滤饼，并将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化剂。
按质量比为1:8将本发明制备的煤炭助燃催化剂和水加入混料机中，于温度为70℃，转速为700r/min条件下搅拌混合50min，得稀释液，随后按煤炭质量的1.5%将稀释液与煤炭混合均匀即可。经检测，本发明制得的煤炭助燃催化剂，在1500℃催化剂的比表面积温度在50m2/g，在使用过程中结构稳定，不易崩塌，使窑炉热效率提高12%，炉渣含碳量减少20%，节煤率提高了8%，且安全可靠，适合大规模生产应用。
实例3
称取700g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨3h后，过410目筛，得硅藻土粉，并将所得硅藻土粉倒入盛有1300mL质量分数为18%氯化钙溶液的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，调节温度至58℃，搅拌转速至700r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加450mL质量分数为28%硫酸钠溶液，控制在2h内滴完，待滴加完毕，继续恒温搅拌反应38min，待自然冷却至室温，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得负载硫酸钙的硅藻土；称取500g上述所得负载硫酸钙的硅藻土，倒入盛有3L沼气液的玻璃罐中，用玻璃棒搅拌混合4min后将玻璃罐密封，并将玻璃罐移至避光通风处，放置4天，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；依次称取400g上述所得干燥滤饼，15g纳米铁粉，4g氟化钠，混合均匀后倒入石墨坩埚中，再将坩埚转入炭化炉，以13mL/min速率向炉内通入氩气，在氩气保护状态下，以9℃/min速率程序升温至575℃，保温炭化53min，随后继续以13℃/min速率程序升温至1550℃，保温反应3h；待反应结束，随炉冷却至790℃，随后停止通入氩气，并以7mL/min速率向炉内通入空气，保温反应4h，随炉冷却至室温，再将炉内物料倒入盛有900mL质量分数为18%氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌混合53min，过滤，收集滤饼，并将滤饼置于烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化剂。
按质量比为1:7将本发明制备的煤炭助燃催化剂和水加入混料机中，于温度为65℃，转速为650r/min条件下搅拌混合45min，得稀释液，随后按煤炭质量的1.1%将稀释液与煤炭混合均匀即可。经检测，本发明制得的煤炭助燃催化剂，在1250℃催化剂的比表面积温度在38m2/g，在使用过程中结构稳定，不易崩塌，使窑炉热效率提高12%，炉渣含碳量减少20%，节煤率提高了8%，且安全可靠，适合大规模生产应用。