專利名稱：：一種燃煤多相催化助劑的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及碳基燃料的燃燒應用技術及節(jié)能減排技術，尤其涉及一種燃煤多相催化助劑。
背景技術：
：我國原油、煤炭、天然氣儲采比分別為12.1年、48年、41.8年，遠低于世界平均水平，與世界先進水平相比，我國在能源效率、單位產品能耗等方面仍存在較大差距，主要能耗比世界先進水平高40%，能源利用率為33%，與世界先進水平相差10個百分點。我國100萬美元⑶P消費能源約1300噸煤當量，為世界平均值的2.4倍。八大主要工業(yè)的單位⑶P消費能源比世界先進水平高出40%，而工業(yè)產品能源、原材料的消耗占企業(yè)生產成本的75%左右，節(jié)能潛力巨大。在我國一次能源的需求中，煤炭的比重高達70%以上。在資源短缺，能源價格持續(xù)攀升的宏觀環(huán)境下，如何提高能效、有效減排已成為制約我國可持續(xù)發(fā)展的關鍵，如何改變煤的燃燒性能，利用煤的化學干預催化燃燒技術以實現(xiàn)節(jié)能減排更是十分迫切。燃燒過程通過可歸納為兩大階段，即著火階段和燃燒階段，著火是燃燒的準備階段，同時，燃燒又給著火提供必需的熱量來源，這兩大階段是相輔相成。以熱量作用的性質來劃分，煤的燃燒過程分為吸熱和放熱兩個階段，如附圖一所示。煤在化學和物理上是非均相的礦物或巖石，主要含有碳、氫和氧，還有少量的硫和氮，而其他組成的化合物是成灰的無機化合物。煤的熱解主要與煤種的有機物有關。煤中的有機物質主要由C、H、0、N、S以及其他微量元素組成，熱解產物主要是由焦油和氣體所組成，氣體成分中，多數(shù)情況下CH4是主要組成，其余C02、C0、H2以及輕質烴等。其熱解模型如附圖二所示。一般來說，揮發(fā)分Vdaf高、發(fā)熱量高、活性強、活化能低的燃料容易燃燒。阿雷尼烏斯定律指出，分子間的碰撞不是都能發(fā)生化學反應的，只有那些碰撞能量足以破壞現(xiàn)存化學鍵并建立新的化學鍵的碰撞才是有效的。為使某一化學反應得以進行，分子所需的最低能量稱為活化能，用E表示。能量達到或超過活化能E的分子稱為活化分子?；罨肿拥呐鲎膊攀前l(fā)生反應的有效碰撞，所以反應只能在活化分子之間進行。對于活化能高的無煙煤和貧煤，要強化其燃燒就必須提高溫度。如某煙煤的活化能E=130MJ/kmol,當T由300K提高到400K時，反應速度幾乎增加45萬倍，這就清楚地說明了溫度對反應速度影響十分顯著。附圖三為不同煤種的反應活化能范圍。熱力學第一定律指出“能量不可能被創(chuàng)造也不可能被消滅；但能量可以從一種形態(tài)轉變?yōu)榱硪环N形態(tài)。催化燃燒節(jié)煤機理為，化學反應的發(fā)生主要是化學鍵的斷裂和形成過程，要實現(xiàn)這個過程，反應物分子就須要獲得活化能。催化劑的作用正是降低了這個反應所必須的活化能。煤炭本身燃燒所消耗的活化能E占煤炭總能量的20%-40%。根據燃燒的作用機理，通過化學干預方式，引入高效節(jié)煤助劑，功能性金屬離子融進碳的晶格，促進煤結構單元的含氧官能團側鏈、橋鍵斷裂或削弱，C-H、C-C、C-0、C-N、C-S鍵的活化能降低，提高反應活性。同時降低燃燒內耗、相應增大鍋爐輸入熱量仏，增加顯熱發(fā)熱量和從燃燒過程吸熱階段實現(xiàn)節(jié)煤的目的，同時由于著火點的降低，煤炭在爐內的燃燒時間相對延長，化學部完全燃燒損耗Q3和物理不完全燃燒損耗Q4減少，從而起到很好的綜合節(jié)煤效果?；瘜W干預節(jié)煤助劑不含易燃、易爆及揮發(fā)性物質，不含有對設備、環(huán)境和皮膚有害的腐蝕性元素，不改變煤炭的坩鍋粘結等特性，用戶在使用過程中不需更換或變動任何設備。煤的燃燒過程包括揮發(fā)分析出、燃燒、以及焦炭的燃燒，其中焦炭的燃燒時間幾乎占了煤全部燃燒時間的90%。根據研究與實驗證明對催化燃燒起主要作用的是化合物中的金屬元素，存在著所謂的金屬效應，而且大多數(shù)是堿金屬、堿土金屬、過度金屬元素。催化與燃燒一直是緊密相連的。根據其作用，催化劑實際上可以分為催化著火助燃、催化燃燒、催化低Nox燃燒、催化脫硫和防止結渣的作用。而化學反應的發(fā)生，主要是化學鍵的斷裂和形成過程，要實現(xiàn)這個過程，反應物分子就需要獲得活化能，催化劑的作用正是降低了這個反應所必需的活化能。從國內外專利文獻檢索和實際應用情況來看，可將現(xiàn)有節(jié)煤技術從公布的原理和配方大致分為四類。第一類以強氧化劑為主，如硝酸鹽、氯酸鹽、高錳酸鉀或重鉻酸鹽，或輔以工業(yè)鹽、MnO2,Fe2O3、糖、尿素等，或輔以CaO、MgO等固硫劑。第二類以各種金屬氧化物及尾礦為主，主要以氧傳遞學和電子轉移學理論為指導。第三類以低分子醇類為主，其組成主要為甲醇、乙醇、吐溫、司班等。第四類以油類物質為載體，在煤炭燃燒中貢獻一定熱值，并輔以固硫劑、乳化分散劑等。綜觀各類產品技術，傳統(tǒng)的各類催化劑對促進煤基燃料的燃燒有一定幫助，對環(huán)保減排也有一定效果，但隨著燃燒技術的提高，煤在燃燒器中的物理不完全燃燒已經很少，一、二次風的配比已十分合理，常規(guī)的靠提高燃燒效率的辦法來節(jié)煤無法取得預期效果。其次，現(xiàn)有產品主要為固體粉末狀，導致實際使用中存在高效化學干預節(jié)煤助劑與煤炭接觸不充分，分散不均勻，難以均化等問題。由于使用的安全性、穩(wěn)定性、經濟性及生產可操作性等方面仍需不斷完善提高，現(xiàn)有產品難以滿足復雜多變的工業(yè)化運用推廣。
發(fā)明內容針對上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提供一種改變煤炭燃燒性能、提高煤炭顯位發(fā)熱量和燃燒熱效率、減輕污染排放、改善燃燒鍋爐工況、助燃催化效率高的燃煤多相催化助劑，解決現(xiàn)有炭基燃料燃燒不充分、熱效率低、大氣污染物排放多、環(huán)境污染嚴重的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是公開一種燃煤多相催化助劑，其制取步驟為第一步、以生物質熱裂解冷卻產物中的木醋液作為基質，其重量百分比為5%-10%；第二步、將木醋液中混入金屬離子，所述金屬離子的重量百分比為20%-30%；第三步、加入適量水，在反應釜中進行充分攪拌、混合均化；第四步、加入滲透劑，其重量百分比為5%-10%；第五步、得到產品。所述滲透劑為十二烷基硫酸銨或/和十二烷基苯磺酸鈉。作為優(yōu)選，在第二步中依次加入碳酸鈉、醋酸鈉、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鈉。作為另外一種優(yōu)選，在第二步中依次加入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鉀。作為另外一種優(yōu)選，在第二步中依次加入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及堿土金屬。更進一步地，氫氧化鈉或氫氧化鉀的重量百分比為5%_10%，碳酸鈉或碳酸鉀的重量百分比為15%-20%。與現(xiàn)有技術相比，該發(fā)明帶來的有益效果為加入該高效節(jié)能環(huán)保的燃煤多相催化助劑后，煤炭的著火點、燃盡溫度均降低，燃盡率提高；并且，燃燒溫度區(qū)間縮短，煤炭加入高效節(jié)煤助燃催化劑后煤燃燒的反應速度加快，燃燒放熱集中，因此，該燃煤多相催化助劑能夠滿足復雜多變的工業(yè)化運用推廣。圖1為煤的燃燒過程示意圖；圖2為煤的熱解模型示意圖；圖3為不同煤種的反應活化能范圍；圖4為催化作用的能量變化示意圖。具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。作為本發(fā)明的一種實施例，該燃煤多相催化助劑的制取步驟為第一步、以生物質熱裂解冷卻產物中的木醋液作為基質，其重量百分比為5%-10%；第二步、將木醋液中混入金屬離子，所述金屬離子的重量百分比為20%-30%；第三步、加入適量水，在反應釜中進行充分攪拌、混合均化；第四步、加入滲透劑，其重量百分比為5%-10%；第五步、得到產品。其中，所述滲透劑為十二烷基硫酸銨。所述木醋液是從生物質中經過高溫蒸餾出來的純天然物質，在工業(yè)應用上，可經過以下工業(yè)方法制取，將生物質在熱裂解爐內設置若干個形成一列的熱裂解釜中進行生物裂解后冷卻可得到木炭、焦油、燃氣和木醋液。實施例1取經生物質熱裂解冷卻反應得到的產物中的木醋液作為基質，按重量百分比5%取用，在其中依次混入碳酸鈉、醋酸鈉、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鈉；其中，氫氧化鈉的重量百分比為5%，碳酸鈉或碳酸鉀的重量百分比為15%，混入的金屬離子的重量百分比為20%，然后加入適量的水，在反應釜中進行充分攪拌后再加入重量百分比為5%的十二烷基硫酸銨作為滲透劑得到催化助劑產品。經上述步驟得到的催化助劑產品。實施例2取經生物質熱裂解冷卻反應得到的產物中的木醋液作為基質，按重量百分比8%取用，在其中依次混入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鉀，其中，氫氧化鉀的重量百分比為8%，碳酸鈉或碳酸鉀的重量百分比為18%，混入的金屬離子的重量百分比為25%，然后加入適量的水，在反應釜中進行充分攪拌后再加入重量百分比為8%的十二烷基硫酸銨作為滲透劑得到催化助劑產品。實施例3取經生物質熱裂解冷卻反應得到的產物中的木醋液作為基質，按重量百分比10%取用，在其中依次混入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及堿土金屬，其中，堿土金屬的重量百分比為10%，碳酸鈉或碳酸鉀的重量百分比為20%，混入的金屬離子的重量百分比為30%，然后加入適量的水，在反應釜中進行充分攪拌后再加入重量百分比為10%的十二烷基硫酸銨作為滲透劑得到催化助劑產品。結合附圖1-4，該催化助劑的作用原理為煤炭在燃燒過程中，煤炭本身燃燒所消耗的活化能占煤炭總能量的20%40%。根據燃燒的作用機理，催化劑中的離子與煤結構中的表面基團反應形成了新的基團，但并未破壞原有的煤中C-C，C-H化學鍵，外加基團的影響導致反應過程中反應所需要的活化能將降低，同時由于加入的離子在反應過程中變成氧化物對燃燒進行催化，進一步降低燃燒內耗和反應活化能，從而達到降低燃燒內耗、增加顯熱發(fā)熱量和從根本上節(jié)能的目的。同時，由于著火點的降低，煤炭在鍋爐中的燃燒時間增長，物理不完全燃燒損耗小，因此可以降低煤灰中的含炭量和煙氣中的CO含量，從而起到很好的綜合效果。將本發(fā)明申請的燃煤多相催化助劑投入多種的燃煤中進行熱值測試，每噸原煤添加0.5^1.5kg比例的該催化助劑進行反應，測試結果如附表一所示，其測試標準包括GB/T213-2003煤的發(fā)熱量測定方法GB/T211煤中全水分的測定方法GB/T212-2001煤的工業(yè)分析方法GB/T214-1996煤中全硫的測定方法GB/T483煤炭分析試驗方法一般規(guī)定由于實際燃燒過程和氧彈測試過程中煤炭的燃燒過程有很大差異，實際燃燒過程中將能夠取得更好的效果。通過對不同種類煤炭加入該燃煤多相催化助劑后彈筒發(fā)熱量變化測試，該燃煤多相催化助劑能夠提高煤炭的干燥基高位發(fā)熱量510%。附表一部分煤炭加入該燃煤多相催化助劑后彈筒發(fā)熱量變化測試結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以上對本發(fā)明所提供的高效節(jié)能環(huán)保的燃煤多相催化劑進行了詳盡介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。對本發(fā)明的變更和改進將是可能的，而不會超出附加權利要求可規(guī)定的構思和范圍。權利要求一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，該燃煤催化劑的制取步驟為第一步、以生物質熱裂解冷卻產物中的木醋液作為基質，其重量百分比為5％-10％；第二步、將木醋液中混入金屬離子，所述金屬離子的重量百分比為20％-30％；第三步、加入適量水，在反應釜中進行充分攪拌、混合均化；第四步、加入滲透劑，其重量百分比為5％-10％；第五步、得到產品。2.根據權利要求1所述的一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，所述滲透劑為十二烷基硫酸銨或/和十二烷基苯磺酸鈉。3.根據權利要求2所述的一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，在第二步中依次加入碳酸鈉、醋酸鈉、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鈉。4.根據權利要求2所述的一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，在第二步中依次加入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及氫氧化鉀。5.根據權利要求2所述的一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，在第二步中依次加入碳酸鈉、硝酸鈣、碳酸鉀、醋酸銅以及堿土金屬。6.根據權利要求3、4、5中任一權利要求所述的一種燃煤多相催化助劑，其特征在于，氫氧化鈉或氫氧化鉀的重量百分比為5%_10%，碳酸鈉或碳酸鉀的重量百分比為15%-20%。全文摘要本發(fā)明公開了一種燃煤多相催化助劑，制取步驟為第一步、以生物質熱裂解冷卻產物中的木醋液作為基質，其重量百分比為5％-10％；第二步、將木醋液中混入金屬離子，所述金屬離子的重量百分比為20％-30％；第三步、加入適量水，在反應釜中進行充分攪拌混合均化；第四步、加入滲透劑，其重量百分比為5％-10％；第五步、得到產品。加入該高效節(jié)能環(huán)保的燃煤多相催化助劑后，煤炭的著火點、燃盡溫度均降低，燃盡率提高；燃燒溫度區(qū)間縮短，煤炭加入高效節(jié)煤助燃催化劑后煤燃燒的反應速度加快，燃燒放熱集中。文檔編號C10L9/10GK101805652SQ20101015282公開日2010年8月18日申請日期2010年4月22日優(yōu)先權日2010年4月22日發(fā)明者熊曉明申請人:熊曉明