一种含复合型催化剂的高效燃煤

摘要

本发明公开了一种含有复合型催化剂的高效燃煤，它主要由煤粉和复合型催化剂按照质量配比100:0.5-5.05混合组成；高效煤燃烧复合型催化剂的主要成分为氧化剂、催化剂和净化剂等，氧化剂包括高锰酸钾和EDTA，催化剂为钙钛矿，净化剂包括锌粉、氧化锌粉末和二茂铁；其中，EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2-20:2-20:2-20:2-20:1-20；本发明含复合型催化剂的高效燃煤利用钙钛矿做催化剂，提高煤燃烧效率；锌粉、氧化锌粉末和二茂铁加速了电子转移，降低着火点，同时减少污染物的排放；本发明具有显著的节煤、环保之效能。

权利要求

1.一种含有复合型催化剂的高效燃煤，其特征在于，它主要由煤粉和复合型催化剂按照质量配比100:0.5-5.05混合组成；其中，高效煤燃烧复合型催化剂的主要成分为氧化剂、催化剂和净化剂，氧化剂包括EDTA和高锰酸钾，催化剂为钙钛矿，净化剂包括锌粉、氧化锌粉末和二茂铁；其中，EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2-20:2-20:2-20:2-20:1-20。

2.根据权利要求1所述含有复合型催化剂的高效燃煤，其特征在于，所述EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2:2:2:2:1。

说明书

一种含复合型催化剂的高效燃煤

技术领域

[0001] 本发明属于资源与环境技术领域，尤其涉及一种适用于各类民用锅炉、工业炉窑的含复合型催化剂的高效燃煤。

背景技术

[0002] 煤是世界上最为丰富的化石燃料能源。目前，随着石油资源的枯竭，新能源还有待开发，化石燃料仍将是世界的主要能源。煤炭作为中国的主要能源，在能源消费结构中的比例占70%，而且随着人口急剧增加，资源消耗日益扩大，我国在相当长的一段时间内依然是用煤大国。我国煤炭的80%用于直接燃烧，但是我国能源利用效率低，能源利用技术落后，主要工业产品单位能耗比先进国家高出20%~50%。以煤为主的能源结构、传统的用煤方式、低水平燃烧效率同时直接导致了我国严重的燃煤型大气污染。燃煤污染成为大气环境中二氧化硫、氮氧化物、烟尘的主要来源。鉴于当前国家能源、环境形势面临的严峻现实，国家已将节能和环保问题上升为国策，在国家十一五规划中对降低 GDP能耗、二氧化硫减排提出了指令性要求。由于我国这种以煤炭为主的能源结构格局在一段时间内难以改变，因此，研究并应用适合我国国情的各种清洁煤技术，提高煤炭利用效率，降低二氧化硫等有害气体及烟尘的排放， 将成为国家实现能源可持续发展战略、解决大气环境污染的有效措施之一。

[0003] 煤燃烧催化剂不仅具有优良的燃烧促进作用，同时还有优良的脱硫脱硝作用，能减轻煤燃烧对环境的污染，对于当前我国的节能减排需要有重要意义，因而引起了众多科技工作者的广泛关注，并进行了大量的理论与实验研究，取得了良好的研究效果。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种含复合型催化剂的高效燃煤。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种含有复合型催化剂的高效燃煤，它主要由煤粉和复合型催化剂按照质量配比100:0.5-5.05混合组成；高效煤燃烧复合型催化剂的主要成分为氧化剂、催化剂和净化剂等，氧化剂包括高锰酸钾和EDTA，催化剂为钙钛矿，净化剂包括锌粉、氧化锌粉末和二茂铁；其中，EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2-20:2-20:2-20:2-20:1-20。

[0006] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明含复合型催化剂的高效燃煤利用钙钛矿做催化剂，提高煤燃烧效率；锌粉、氧化锌粉末和二茂铁加速了电子转移，降低着火点，同时减少污染物的排放；本发明具有显著的节煤、环保之效能。

附图说明

[0007] 图1中，（a）是普通燃煤表面形貌图，（b）是本发明含复合型催化剂的高效燃煤表面形貌图；

[0008] 图2是普通燃煤和分别添加质量分数为0.5%、1%催化剂的燃煤的XRD图；

[0009] 图3是添加不同含量催化剂后燃煤的热重损失图；

[0010] 图4为量热法测得催化剂添加量与燃烧热的关系曲线；

[0011] 图5为催化剂添加量与着火温度的关系曲线。

具体实施方式

[0012] 本发明从煤的催化燃烧机理出发，设计含有复合型催化剂的高效燃煤，利用EDTA+ 2+打开煤的层状结构，去除煤粉层与层之间金属离子（Ca、Mg ）与层状结构中的功能团-
（COO）形成的配位作用，利于煤粉的充分燃烧。同时添加钙钛矿作为催化剂，催化大芳环的去芳环化，打开芳香环的 相互作用，从而促进煤燃烧，而且置换出来的Ca+、Mg2+与TiO2粉末在燃烧过程中共形成钙钛矿催化剂进行自催化。催化剂还添加了Zn、ZnO、高锰酸钾和二茂铁，选择Zn和ZnO作为固硫剂减排；选择高锰酸钾和二茂铁提高助燃性能，在这些物质的共同作用下，达到促燃、节煤、高效和减排的目的。

[0013] 具体来说，本发明含有复合型催化剂的高效燃煤由煤粉和复合型催化剂按照质量配比100:0.5-5.05混合组成。高效煤燃烧复合型催化剂的主要成分为氧化剂、催化剂和净化剂，氧化剂包括高锰酸钾和EDTA（乙二胺四乙酸, Ethylene Diamine Tetraacetic Acid）, 催化剂为钙钛矿，净化剂包括锌粉、氧化锌粉末和二茂铁；其中， EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2-20:2-20:2-20:2-20:1-20。

[0014] 优选地， EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁的质量配比为：1:2:2:2:2:1。

[0015] 本发明具体制备方法如下：按照上述质量配比取煤块、EDTA、高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁。将煤块搅拌研磨粉碎，过400目筛，经EDTA酸洗1小时，自然干燥后，加入高锰酸钾、钙钛矿、锌粉、氧化锌粉末和二茂铁，在搅拌罐内搅拌1小时即可。

[0016] 实验表明，本发明含有复合型催化剂的高效燃煤与普通燃煤相比，具有以下效果：

[0017] 1、燃烧热增加了5%；

[0018] 2、煤燃烧着火点降低到70度；

[0019] 3、固体废弃物排放量减少了9.36%；

[0020] 如图1所示，没有添加催化剂的原煤粉是片状的结构，一层一层堆积排列。煤粉表面很干净。添加了催化剂的煤粉中，催化剂比较均匀地分布在煤粉表面；催化剂颗粒越小，分布得越均匀，越有利于煤粉的催化燃烧。

[0021] 图2是不添加催化剂、添加0.5%催化剂和添加1%催化剂的煤粉的XRD图。不添加催化剂的煤粉的衍射峰与加催化剂的（0.5%或1%）煤粉的衍射峰都能一一相对应，说明都是煤粉的基本结构没有变化；但加了催化剂之后，衍射峰的位置略向大角方向移动，根据布拉格公式可知，加了催化剂之后，煤粉的层间距减小；添加0.5%催化剂的煤粉的衍射峰与添加1%催化剂的煤粉的衍射峰相同，没有移动，说明层间距的变化与催化剂添加量无关。分析原因，我们认为煤粉层间距的变化是因为煤粉浸泡在EDTA溶液中时，EDTA与煤粉间的金属离子发生配位，煤粉因为失去层与层之间的金属离子而使层间距减少。

[0022] 图3是添加不同催化剂后燃煤的热重损失图，随着钙钛矿催化剂添加量的增加，质量损失增加。当催化剂含量为0.5%时，与原煤粉相比，质量损失百分比增加了9.36%，说明添加催化剂使煤粉燃烧更充分，这将有利于燃烧热的增加，以及固体废弃物（低碳）的排放量减少了9.36%。当催化剂含量由0.5%增加到1%时，损失百分比增加较少。综合考虑成本等因素，认为催化剂含量为0.5%时将更加有利。

[0023] 图4为量热法测得催化剂添加量与燃烧热的关系曲线，随着催化剂含量的增加，燃烧热增加；当催化剂含量为0.5%时，与原煤块相比，燃烧热增加了5%；当催化剂含量由0.5%增加到1%时，燃烧热增加较少，曲线趋于平缓。据成本效益分析，认为添加的钙钛矿含量为0.5%（质量百分比）为最佳选择。

[0024] 图5为催化剂添加量与着火温度的关系曲线，随着催化剂含量的增加，着火温度降低；当催化剂含量为0.5%时，与原煤块相比，着火温度降低了70℃；当催化剂含量由0.5%增加到1%时，着火温度降低较少，曲线趋于平缓。据成本效益分析，认为添加的钙钛矿含量为0.5%（质量百分比）为最佳选择。

[0025] 本发明从能源利用角度讲，可提高煤的燃烧效率，高效的利用煤资源；从环境角度讲，可减少固体废弃物得排放量，从而减轻燃煤对大气造成的污染。以上分析说明，高效的复合型然煤催化剂的具有明显的经济和社会效益，具有很高的开发价值。