专利名称：多功能燃煤催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及燃煤的节能减排和环境保护领域，具体涉及新能燃材料，并涉及燃煤催化 剂的制备与应用。
技术背景原煤燃烧是我国煤炭的主要利用方式，其中70y。以上为工业燃料，民用燃料约占28%。每 年耗原煤约6亿吨，平均热效率仅为55'/。，民用燃煤近2亿吨。大气污染主要来源于工业和民 用燃煤，燃烧过程中产生(1)烟尘约占大气污染物总量的7(W; (2)大量煤在燃烧过程中 释放出S02 、N0X等污染物而带来严重的酸雨和其他环境污染问题。世界各国从上世纪70年代开始就进行酸雨的控制研究工作，但工程应用进展缓慢，到上世纪末开始加快了酸雨的控 制，重点放在了S02的治理上，有力促进了S02的治理工作，有效控制了酸雨区的扩散。与 S02相比，NOx不但对酸雨的形成影响很大，而且还是光化学烟雾形成的催化剂，其对大气的 污染要远大于S02形成的污染，因此，研究燃煤除硝催化剂引起关注。日本专利JP 57027135 A,中国发明专利CN 1475305 ACN 1785522 A都公开了脱硫脱硝燃煤催化剂，但是该燃煤催 化剂并不能实现节能和降尘的目标。实际上，烟尘对环境污染也是不可小视的。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种节能，降尘，除硝，脱硫和有效减 少焦垢的生成于一体的燃煤催化剂。本发明的另 一 目的在于提供上述燃煤催化剂的制备方法。 本发明的目的通过如下技术方案实现多功能燃煤催化剂，以摩尔份数计，该燃煤催化剂由如下组分组成 氧化物1 ~ 25份；卤化物2 ~ 10份；氢氧化合物1 ~ 25份；有机金属化合物1 ~ 10份；碱 金属的盐1~25份;所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的 一种或者多种；所述卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物中的一种 或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化 合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMn04、 Na2C0』K2C03。所述的碱金属氧化物为Na20、 1(20或Cs20;所述的碱土金属氧化物为Ca0、 Mg0或Ba0; 所述的过渡金属氧化物为Fe0、 Mn0、 Ni0、 Cu0、 CoO、 Sb0、 Hg0、 V0、 W0、 Mo0或Ti0"所述的碱金属卣化物为NaX、 KX或CsX;所述的碱土金属卣化物为CaX2、 MgX,或BaX2; 所述的过渡金属卤化物为FeX2、 MnX2、 CuX,或HgX;其中X为氟、氯、溴或者碘。所述的碱金属氢氧化合物为Na0H、K0H或CsOH;所述的碱土金属氢氧化合物为Ca (0H)2、 Mg(0H)2或Ba(OH)2;所述的过渡金属氢氧化合物为Fe (OH) 2或Al (OH) 3。所述的过渡金属有机化合物为醋酸锌、醋酸铜、醋酸铁或醋酸镍。该催化剂在温度为IOO(TC时，失重30~50%。多功能燃煤催化剂的制备方法以摩尔份数计，将氧化物1 25份、卤化物2 10份、 氢氧化合物1 25份、有机金属化合物1 10份和碱金属的盐1-25份混合，过筛，得燃 煤催化剂；所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的一种或者多种；所述卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物中的一种或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMnO,、 Na2C0;或K2C03。所述的过筛是将反应完毕的混合后过IOO目筛。燃煤催化剂作用机理燃煤催化剂在煤炭燃烧中能有效地降低煤炭着火温度(见图1 )， 同时起到促进燃烧和减少污染排放的作用。在116° C-273° C催化剂为放热阶段，同时释 放活性小分子，与原料煤在燃烧过程产生的NOx进行高温化学反应，消耗掉原料煤在燃烧 过程中产生的NOx，生成N2和H20;达到了除硝的目的。在273° C-751。 C温度区段，催 化剂也是放热阶段，为原料煤在燃烧中提供氧和热能，提高了煤炭颗粒的燃烧速度，即使煤 质不好，通过加入催化剂，也可以保证锅炉的燃烧情况和出力负荷，充分利用了煤炭资源， 从而达到了烟尘的排放。燃煤催化剂中大量的活性成分，如钙、铁、镁等离子，最大限度 的和SOx进行反应，并最终使其以硫酸盐的形式固定在煤灰中，达到脱除SOx的作用(见 图2)。与现有技术相比，本发明具有如下的优点或效果U)本发明制备成本低，节能，降尘，除硝，脱硫和减少焦垢的生成于一体化；(2) 本发明制备工艺简单，只需简单的混合装置，常压下便可以进行；对于实验设备 要求低，只需要普通混合装置，便于大批量生产；(3) 本发明应用于燃煤，不需要对现锅炉进行改造、仅通过添加本发明的催化剂即能 达到节能，降尘，除硝和脱硫，并能有效减少焦垢的生成，燃煤节能减排效果，可提高燃煤率10-25%,节电15 — 20%,脱硫65_80%,减排氮氧化物65-70%、烟灰去除达60-70%,节能增效、减污降耗效果显著。
图l为燃煤燃烧失重图；燃煤的燃点440. 72° C。图2为燃煤中加入0.2%的催化剂失重图。燃煤中加入0. 2%催化剂，其燃点为429.57图3为催化剂失重图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于 实施例所涉及的范围。 实施例l以摩尔份数计，将Cs20 l份，Na《03l5份，KMn04 15份，NiO 20份，Al (0H); 15份，醋酸 铎10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例2以摩尔份数计，飾20 IO份,CaC0]5份,KMn04 25份，FeO 5份,Al(OHh IO份，醋酸锌 l份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例3以摩尔份数计，将CS20 5份,K线IO份,KMn04 5份,CuO 30份,A1(0H)3 l份，醋酸锌 r份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 效果如下先将大同煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然 后釆用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取大同煤10g,加入上述实施例2制备的催 化剂。催化剂按照煤质量的O. r/。放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从3(TC-100(TC缓 慢升温，加入催化剂的大同煤的燃点下降15'C。发热量增加约12%,烟气中的二氧化硫含量 约为3.4 g/ m3 ,加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.7g/ m3 ,脱硫率48 %。烟尘浓度降 低36. 8%,烟尘排放量降低31. 1%。降低NOX排放值的40%。图l是燃煤燃烧失重图，图中反应煤的燃点为440.72。C.图2是实施例2中燃煤中加入 ().2%催化剂的燃点为429. 57°C，比不加入催化剂的煤燃点降低了irC，说明了达到节能效 果。图3是催化剂的热重分析，很明显，催化剂随着温度的增加，在116. l(TC开始释放热能 助燃和活性分子捕捉在煤炭燃烧中产生的NOx,达到节能除硝；随着温度的升高，继续释放热能助燃和活性分子，达到节能除尘和脱硫作用；催化剂在节能，除硝，降尘和脱硫为一 体的功能是目前还没有的。加入实施例2或者3的催化剂效果相同。实施例4以摩尔份数计，将Na20 l份，K2C03 5份，KMn04 5份，FeO 5份，A1(0H)3 l份，醋酸镁l份 混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例5以摩尔份数计，将〖20 4份，CaCO38份，KMn04 25份，CuO 30份，A1(0H)3 15份，醋酸镁15 份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例6以摩尔份数计，将CS2。 2份,Na2C(U0份，脇04 15份,NiO 18份，A1(0H); IO份，醋酸 镁10份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 效果如下先将天池煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过IOO目筛，然 后采用堆锥四分法缩分即得本研究所需煤样，称取天池煤10g，加入上述实施例4制备的催 化剂。催化剂按照煤质量的O. 2%放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30'C-100(TC缓慢升温，加入催化剂的天池煤的燃点下降irc。发热量增加约10%,烟气中的二氧化硫含量 约为3. 2 g/ m3 ,加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为1.8g/ m3 ，脱硫率47 %。烟尘浓度降 低37. 8%，烟尘排放量降低32. 1%。降低NOX排放值的32%。加入实施例5或者6的催化剂效果相同。实施例7以摩尔份数计，将化20 l份，CaO 5份，KMn04 5份，FeO 5份，A1(0H)3 l份，醋酸铜l份 混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例8以摩尔份数计，将〖20 4份，MgO IO份，KMn04 15份，NiO 30份，A1(0H)3 15份，醋酸铜 IO份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例9以摩尔份数计，将CS20 2份，BaO 8份，KMn04 25份，CuO 15份，A1(0H)3 IO份，醋酸铜 15份混合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 效果如下先将威远煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然 后采用堆锥四分法縮分即得本研究所需煤样，称取威远煤10g,加入上述实施例7制备的催 化剂。催化剂按照煤质量的0.4%放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从30'C-IOO(TC缓 幔升温，加入催化剂的威远煤的燃点下降17'C。发热量增加约14%,烟气中的二氧化硫含量 约为3. 6 g/ m3 ,加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为l. 9g/ m3 ，脱硫率50 %。烟尘浓度 降低39. 8%，烟尘排放量降低34. 1%。降低NOX排放值的46%。加入实施例8或者9的催化剂效 果相同。实施例IO以摩尔份数计，将歸l份,K2C03 5份，Mn02 15份,CuO 15份，A1203 IO份，醋酸镍l份 漆合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例ll以摩尔份数计，将Cs" 4份，CaCO; IO份，Ti02 5份，NiO 30份，A 1203 l份，醋酸镍15份 漆合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 实施例12以摩尔份数计，将Cs20 2份，CaCO; 8份，Mn02 25份，FeO 5份，A1203 5份，醋酸镍10份混 合成粉，过100目筛，制得多功能燃煤催化剂。 效果如下先将洪雅煤自然风干，再经棒磨机、粉碎机、研钵等逐级破碎，全部过200目筛，然 后釆用堆锥四分法縮分即得本研究所需煤样，称取洪雅煤10g，加入上述实施例10制备的催 化剂。催化剂按照煤质量的0.5%放入到混合器中与煤混合，做热重分析，从3(TC-100(TC缓幔升温，加入催化剂的洪雅煤的燃点下降2rc。发热量增加约2oy。，烟气中的二氧化硫含量约为3. 1 g/ m3 ，加入催化剂后，烟气中二氧化硫浓度为l. 5g/ m3 ，脱硫率54 %。烟尘浓度降 低41.2%,烟尘排放量降低36. 5%。降低NOX排放值的51%。加入实施例11或者12的催化剂效 果相同。
权利要求
1、多功能燃煤催化剂，特征在于，以摩尔份数计，该燃煤催化剂由如下组分组成氧化物1～25份；卤化物2～10份；氢氧化合物1～25份；有机金属化合物1～10份；碱金属的盐1～25份；所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的一种或者多种；所述卤化物为碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物中的一种或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMnO4、Na2CO3或K2CO3。
2、 根据权利要求1所述的多功能燃煤催化剂，特征在于，所述的碱金属氧化物为Na20、 LO或Cs20;所述的碱土金属氧化物为CaO、MgO或BaO;所述的过渡金属氧化物为FeO、 MnO、 NiO、 CuO、 CoO、 SbO、 HgO、 VO、 WO、 MoO或Ti。2。
3、 根据权利要求l所述的多功能燃煤催化剂，特征在于，所述的碱金属卤化物为NaX、KX或CsX;所述的碱土金属卣化物为CaXz、MgX2或BaX2;所述的过渡金属卣化物为FeX2、 MnX2、 CuX2或HgX;其中X为氟、氯、溴或者碘。
4、 根据权利要求l所述的多功能燃煤催化剂，特征在于，所述的碱金属氢氧化合物为 NaOH、 KOH或CsOH;所述的碱土金属氢氧化合物为Ca (OH) 2、 Mg (OH) 2或Ba (OH) 2;所述的过 渡金属氢氧化合物为Fe(0H)2或A1(0H)3。
5、 根据权利要求l所述的多功能燃煤催化剂，特征在于，所述的过渡金属有机化合物 为醋酸锌、醋酸铜、醋酸铁或醋酸镍。
6、 根据权利要求l-5任一项所述燃煤催化剂，其特征在于该催化剂在温度为IOO(TC 时，失重30 - 50%。
7、 权利要求1-5任一项所述多功能燃煤催化剂的制备方法，其特征在于，以摩尔份 数计，将氧化物1 ~ 25份、卤化物2 ~ 10份、氢氧化合物1 ~ 25份、有机金属化合物1 ~ IO份和碱金属的盐1~25份混合，过筛，得燃煤催化剂；所述氧化物为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、过渡金属氧化物中的一种或者多种；所述卤化物为碱金属卣化物、碱土金 属卤化物、过渡金属卤化物中的一种或者多种；所述氢氧化合物为碱金属氢氧化合物、碱 土金属氢氧化合物、过渡金属氢氧化合物中的一种或者多种；所述有机金属化合物为过渡 金属有机化合物；所述的碱金属的盐为KMn04、化2(:03或K2C03。
8、根据权利要求7所述的多功能燃煤催化剂的制备方法，其特征在于，所述的过筛是 将反应完毕的混合后过IOO目筛。
全文摘要
本发明公开了多功能燃煤催化剂及其制备方法，该多功能燃煤催化剂，以摩尔份数计，该燃煤催化剂由如下组分组成氧化物1～25份；卤化物2～10份；氢氧化合物1～25份；有机金属化合物1～10份；碱金属的盐1～25份；本发明制备成本低，节能，降尘，除硝，脱硫和减少焦垢的生成于一体化；本发明应用于燃煤，不需要对现锅炉进行改造、仅通过添加本发明的催化剂即能达到节能，降尘，除硝和脱硫，并能有效减少焦垢的生成，燃煤节能减排效果。本发明可提高燃煤率10-25％，节电15-20％，脱硫65-80％，减排氮氧化物65-70％、烟灰去除达60-70％，节能增效、减污降耗效果显著。
文档编号C10L9/00GK101220313SQ20071003254
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者曾和平 申请人:华南理工大学