本發(fā)明涉及一種煤炭助燃催化劑的制備方法，屬于助燃催化劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
煤炭作為我國最主要的能源資源，在國民經(jīng)濟中占有特別重要的地位，全國約75％的燃料來源于煤，火力發(fā)電、鋼鐵冶金、水泥建材行業(yè)又是其中的用煤大戶。提高煤的有效利用率，節(jié)能降耗，是緩解能源矛盾和能源環(huán)境壓力的根本措施，是提高經(jīng)濟增長質(zhì)量和效益的重要途徑，也是增強我國企業(yè)競爭力的必然要求。國內(nèi)外對煤的催化燃燒機理進行了大量的研究，提出了“氧傳遞學(xué)說”、“電子轉(zhuǎn)移學(xué)說”，根據(jù)上述機理研制的一些催化助燃劑已在市場上有一定應(yīng)用，但效果不很理想，沒有解決高溫下催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和比表面積的問題。
催化劑的結(jié)構(gòu)決定催化劑的性能，而催化劑性能的高低主要由催化劑的比表面積決定。煤的催化燃燒是在高溫下進行的，這就要求所用的催化劑在高溫下具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和比表面積，否則難以達到理想的效果。近年來，為開發(fā)新的燃料助燃添加劑，人們作過許多努力。傳統(tǒng)燃料助燃添加劑，雖然在一定程度上起到了改善燃料燃燒性能的作用，但存在燃料助燃添加劑功能少、效果單一的不足。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對傳統(tǒng)煤炭助燃催化劑比表面積小，導(dǎo)致催化性能低，且在煤炭燃燒過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題，提供了一種以硅藻土為原料，負載硫酸鈣后，經(jīng)改性制得煤炭助燃催化劑的方法，本發(fā)明首先將硅藻土球磨粉碎后置于氯化鈣溶液中，滴加硫酸鈉，使產(chǎn)生的硫酸鈣沉淀沉積于硅藻土的孔隙結(jié)構(gòu)中，制得負載硫酸鈣的硅藻土，再利用沼氣液浸泡，使硅藻土吸附沼氣液中有機質(zhì)，經(jīng)干燥后進行炭化，再利用碳在高溫和無氧條件下，以納米鐵粉和氟化鈉為催化劑，與硅藻土中所含二氧化硅反應(yīng)，生成碳化硅，作為增強成分提高產(chǎn)品在高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，再在有氧條件下煅燒除去剩余的碳，并使鐵粉生成氧化鐵，利用氫氧化鈉除去部分未反應(yīng)的二氧化硅，使硅藻土的比表面積進一步增大，最終經(jīng)干燥制得煤炭助燃催化劑，有效解決了傳統(tǒng)煤炭助燃催化劑催化性能低，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
（1）稱取600～800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2～4h后，過325～500目篩，得硅藻土粉，并將所得硅藻土粉倒入盛有1200～1400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～20%氯化鈣溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600～800r/min，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加400～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～30%硫酸鈉溶液，控制在1～2h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)30～45min，待自然冷卻至室溫，過濾，收集濾餅，并用去離子水洗滌濾餅3～5次，隨后將濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得負載硫酸鈣的硅藻土；
（2）稱取400～600g上述所得負載硫酸鈣的硅藻土，倒入盛有2～3L沼氣液的玻璃罐中，用玻璃棒攪拌混合3～5min后將玻璃罐密封，并將玻璃罐移至避光通風(fēng)處，放置3～5天，過濾，收集濾餅，并將所得濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；
（3）依次稱取300～500g上述所得干燥濾餅，10～20g納米鐵粉，3～5g氟化鈉，混合均勻后倒入石墨坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入炭化爐，以10～15mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以8～10℃/min速率程序升溫至550～600℃，保溫炭化45～60min，隨后繼續(xù)以10～15℃/min速率程序升溫至1500～1600℃，保溫反應(yīng)2～4h；
（4）待反應(yīng)結(jié)束，隨爐冷卻至780～800℃，隨后停止通入氬氣，并以6～8mL/min速率向爐內(nèi)通入空氣，保溫反應(yīng)3～5h，隨爐冷卻至室溫，再將爐內(nèi)物料倒入盛有800～1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～20%氫氧化鈉溶液的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合45～60min，過濾，收集濾餅，并將濾餅置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化劑。
本發(fā)明的應(yīng)用方法：按質(zhì)量比為1:5～1:8將本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑和水加入混料機中，于溫度為60～70℃，轉(zhuǎn)速為600～700r/min條件下攪拌混合40～50min，得稀釋液，隨后按煤炭質(zhì)量的0.7～1.5%將稀釋液與煤炭混合均勻即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的煤炭助燃催化劑，在1000～1500℃溫度下，催化劑的比表面積可達25～50m2/g，在使用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易崩塌，使窯爐熱效率提高10～12%，爐渣含碳量減少15～20%，節(jié)煤率提高了6～8%，且安全可靠，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑在高溫下具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且助燃催化劑的比表面積大幅增加，使煤炭充分燃燒；
（2）本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑具有可提高燃料的燃燒效率，節(jié)省燃煤，價格便宜，經(jīng)濟實惠，使用安全而且清潔環(huán)保的優(yōu)點，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
具體實施方式
稱取600～800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2～4h后，過325～500目篩，得硅藻土粉，并將所得硅藻土粉倒入盛有1200～1400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～20%氯化鈣溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600～800r/min，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加400～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～30%硫酸鈉溶液，控制在1～2h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)30～45min，待自然冷卻至室溫，過濾，收集濾餅，并用去離子水洗滌濾餅3～5次，隨后將濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得負載硫酸鈣的硅藻土；稱取400～600g上述所得負載硫酸鈣的硅藻土，倒入盛有2～3L沼氣液的玻璃罐中，用玻璃棒攪拌混合3～5min后將玻璃罐密封，并將玻璃罐移至避光通風(fēng)處，放置3～5天，過濾，收集濾餅，并將所得濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；依次稱取300～500g上述所得干燥濾餅，10～20g納米鐵粉，3～5g氟化鈉，混合均勻后倒入石墨坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入炭化爐，以10～15mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以8～10℃/min速率程序升溫至550～600℃，保溫炭化45～60min，隨后繼續(xù)以10～15℃/min速率程序升溫至1500～1600℃，保溫反應(yīng)2～4h；待反應(yīng)結(jié)束，隨爐冷卻至780～800℃，隨后停止通入氬氣，并以6～8mL/min速率向爐內(nèi)通入空氣，保溫反應(yīng)3～5h，隨爐冷卻至室溫，再將爐內(nèi)物料倒入盛有800～1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～20%氫氧化鈉溶液的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合45～60min，過濾，收集濾餅，并將濾餅置于烘箱中，于溫度為105～110℃條件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化劑。
實例1
稱取600g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨2h后，過325目篩，得硅藻土粉，并將所得硅藻土粉倒入盛有1200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氯化鈣溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600r/min，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%硫酸鈉溶液，控制在1h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)30min，待自然冷卻至室溫，過濾，收集濾餅，并用去離子水洗滌濾餅3次，隨后將濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得負載硫酸鈣的硅藻土；稱取400g上述所得負載硫酸鈣的硅藻土，倒入盛有2L沼氣液的玻璃罐中，用玻璃棒攪拌混合3min后將玻璃罐密封，并將玻璃罐移至避光通風(fēng)處，放置3天，過濾，收集濾餅，并將所得濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；依次稱取300g上述所得干燥濾餅，10g納米鐵粉，3g氟化鈉，混合均勻后倒入石墨坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入炭化爐，以10mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以8℃/min速率程序升溫至550℃，保溫炭化45min，隨后繼續(xù)以10℃/min速率程序升溫至1500℃，保溫反應(yīng)2h；待反應(yīng)結(jié)束，隨爐冷卻至780℃，隨后停止通入氬氣，并以6mL/min速率向爐內(nèi)通入空氣，保溫反應(yīng)3h，隨爐冷卻至室溫，再將爐內(nèi)物料倒入盛有800mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合45min，過濾，收集濾餅，并將濾餅置于烘箱中，于溫度為105℃條件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化劑。
按質(zhì)量比為1:5將本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑和水加入混料機中，于溫度為60℃，轉(zhuǎn)速為600r/min條件下攪拌混合40min，得稀釋液，隨后按按煤炭質(zhì)量的0.7%將稀釋液與煤炭混合均勻即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的煤炭助燃催化劑，在1000℃催化劑的比表面積溫度在25m2/g，在使用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易崩塌，使窯爐熱效率提高10%，爐渣含碳量減少15%，節(jié)煤率提高了6%，且安全可靠，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
實例2
稱取800g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨4h后，過500目篩，得硅藻土粉，并將所得硅藻土粉倒入盛有1400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%氯化鈣溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至800r/min，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%硫酸鈉溶液，控制在2h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)45min，待自然冷卻至室溫，過濾，收集濾餅，并用去離子水洗滌濾餅5次，隨后將濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得負載硫酸鈣的硅藻土；稱取600g上述所得負載硫酸鈣的硅藻土，倒入盛有3L沼氣液的玻璃罐中，用玻璃棒攪拌混合5min后將玻璃罐密封，并將玻璃罐移至避光通風(fēng)處，放置5天，過濾，收集濾餅，并將所得濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；依次稱取500g上述所得干燥濾餅，20g納米鐵粉，5g氟化鈉，混合均勻后倒入石墨坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入炭化爐，以15mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以10℃/min速率程序升溫至600℃，保溫炭化60min，隨后繼續(xù)以15℃/min速率程序升溫至1600℃，保溫反應(yīng)4h；待反應(yīng)結(jié)束，隨爐冷卻至800℃，隨后停止通入氬氣，并以8mL/min速率向爐內(nèi)通入空氣，保溫反應(yīng)5h，隨爐冷卻至室溫，再將爐內(nèi)物料倒入盛有1000mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%氫氧化鈉溶液的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合60min，過濾，收集濾餅，并將濾餅置于烘箱中，于溫度為110℃條件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化劑。
按質(zhì)量比為1:8將本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑和水加入混料機中，于溫度為70℃，轉(zhuǎn)速為700r/min條件下攪拌混合50min，得稀釋液，隨后按煤炭質(zhì)量的1.5%將稀釋液與煤炭混合均勻即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的煤炭助燃催化劑，在1500℃催化劑的比表面積溫度在50m2/g，在使用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易崩塌，使窯爐熱效率提高12%，爐渣含碳量減少20%，節(jié)煤率提高了8%，且安全可靠，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
實例3
稱取700g硅藻土，倒入球磨罐中，球磨3h后，過410目篩，得硅藻土粉，并將所得硅藻土粉倒入盛有1300mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%氯化鈣溶液的三口燒瓶中，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至58℃，攪拌轉(zhuǎn)速至700r/min，在恒溫攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗向三口燒瓶中滴加450mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%硫酸鈉溶液，控制在2h內(nèi)滴完，待滴加完畢，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)38min，待自然冷卻至室溫，過濾，收集濾餅，并用去離子水洗滌濾餅4次，隨后將濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，得負載硫酸鈣的硅藻土；稱取500g上述所得負載硫酸鈣的硅藻土，倒入盛有3L沼氣液的玻璃罐中，用玻璃棒攪拌混合4min后將玻璃罐密封，并將玻璃罐移至避光通風(fēng)處，放置4天，過濾，收集濾餅，并將所得濾餅轉(zhuǎn)入烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；依次稱取400g上述所得干燥濾餅，15g納米鐵粉，4g氟化鈉，混合均勻后倒入石墨坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入炭化爐，以13mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以9℃/min速率程序升溫至575℃，保溫炭化53min，隨后繼續(xù)以13℃/min速率程序升溫至1550℃，保溫反應(yīng)3h；待反應(yīng)結(jié)束，隨爐冷卻至790℃，隨后停止通入氬氣，并以7mL/min速率向爐內(nèi)通入空氣，保溫反應(yīng)4h，隨爐冷卻至室溫，再將爐內(nèi)物料倒入盛有900mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%氫氧化鈉溶液的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合53min，過濾，收集濾餅，并將濾餅置于烘箱中，于溫度為108℃條件下干燥至恒重，出料，即得煤炭助燃催化劑。
按質(zhì)量比為1:7將本發(fā)明制備的煤炭助燃催化劑和水加入混料機中，于溫度為65℃，轉(zhuǎn)速為650r/min條件下攪拌混合45min，得稀釋液，隨后按煤炭質(zhì)量的1.1%將稀釋液與煤炭混合均勻即可。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的煤炭助燃催化劑，在1250℃催化劑的比表面積溫度在38m2/g，在使用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易崩塌，使窯爐熱效率提高12%，爐渣含碳量減少20%，節(jié)煤率提高了8%，且安全可靠，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。