[发明专利]煤炭催化剂和添加剂的添加方法

说明书

技术领域

本发明属于煤炭催化剂和添加剂的应用技术领域。

背景技术

煤炭是国家能源最重要的组成成分之一，我国的一次能源是以煤炭为主，在一次能源中的比重高达70％左右。据统计，在我国消耗的每年近20亿吨煤炭中，85％以上是直接用于火力发电、工业锅炉、工业窑炉和家庭炉灶等直接燃烧。但是，目前我国煤炭利用效率普遍较低，比发达国家低10％左右。而煤炭的大量直接燃烧，加上煤炭大多质量较差以及燃烧效率低下，对我国的环境造成了严重破坏，也直接导致了我国严重的燃烧型大气污染。据统计，2000年煤炭燃烧排放的SO₂和烟尘分别占全国总排放量的90％和70％左右，CO₂和NO_x排放量也分别占到全国总排放量的80％和65％左右。

如何减缓和减少急剧增加的巨量煤炭消耗和燃烧煤炭带来的日益严重的环境污染是我国目前面临的两大问题，即能源危机和环境污染问题。解决这两大问题的思路之一是在煤燃烧或反应中使用各种催化剂和添加剂，如煤燃烧催化剂，不仅具有优良的促进燃烧提高效率节约能源的作用，同时还有优良的脱硫脱氮作用，能减轻煤燃烧对环境的污染。煤炭用催化剂和添加剂的研究得到了世界各国的重视，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。

各类煤炭用催化剂和添加剂在实际应用时，都涉及到催化剂和添加剂的添加方式的问题。目前煤炭用催化剂和添加剂的添加方式主要有直接混合、喷洒、浸渍和离子交换等方法。

从各种煤炭用催化剂和添加剂的多种添加方式的实验研究结果可见，将固体煤炭用催化剂和添加剂直接混入煤粉之中的方式，由于催化剂和添加剂的分散程序不够均匀，与煤炭接触和反应反应面积小致使催化剂和添加剂添加量最大而作用效果最差(1.肖健立，康华，王振阳，燃煤催化剂催化机理的探讨，《煤炭技术》，2002，21(11)，73～75。2.马振兴，郭兴修，李京，韩爱岭，燃煤催化剂的研究与应用，《热能动力工程》，2001，16(6)，579～581。3.徐万仁，杜鹤桂，催化剂对煤粉燃烧催化剂的影响，《燃烧化学学报》，1995，23(3)，272～277。)既使增大添加量也难以获得明显的改善效果。

将催化剂和添加剂转换为水溶液喷洒添加方式，与直接混入方式相比，一方面改善了催化剂和添加剂在煤中的分散均匀程度，同时还提高了催化剂和添加剂与煤的反应接触面积，催化和作用效果得到了较明显的提高。但是这种添加方式由于水的使用，不仅将催化剂和添加剂的种类局限在可溶盐类，而且由于水与煤炭的接触湿润问题，很难让催化剂和添加剂进入煤炭内部，使得催化和作用效果有限。还有很重要的一点是大量外水的增加对于煤炭的反应和反应器都是不利的，如煤炭在燃烧过程中，外水较高不仅影响锅炉的效率而且加剧了锅炉的腐蚀，带来严重的安全问题。

煤催化剂和添加剂水溶液浸渍的添加方式，在喷洒添加的基础上，进一步改善了催化剂和添加剂的分散程度与反应接触面积，因而作用效果进一步得到提高。但这种方法除了将催化剂和添加剂的种类局限在可溶盐类之外，还需要大的浸渍厂房和空间，也要增加额外的操作，增加了人力、物力和生产成本。另外，由于大量浸渍液的使用，有可能带来二次污染。

离子交换的添加方式作用效果最好，该方式真正实现了催化剂和添加剂与煤的化学吸附(白金锋，王勇，胡浩权等，原位担载Fe₂O₃催化剂煤热解动力学研究，《燃烧化学学报》，2001，29(1)，39～42)。但该方法不仅有浸渍法的缺点，而且需要多道操作，二次污染大，操作成本也是最高的，很难在生产上大量推广。

添加方式的不同对于煤炭用催化剂和添加剂的作用效果、添加量和生产成本都有很大的影响，研究和开发合适而有效的煤炭用催化剂和添加剂的添加方法就有着重要的研究和现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决煤炭用催化剂和添加剂现在各种添加方式添加量大、作用效果不够好、操作麻烦和二次污染等问题；根据煤炭自身结构、表面性能和反应性能的特点，结合化学、表面科学、流体力学、燃烧学和反应动力学等方面的技术，提高煤炭用催化剂和添加剂的分散效果和作用效果，减少催化剂和添加剂的用量，改善添加方式的可操作性，降低运营成本和维护成本，提供一种具有良好安全性、稳定性、经济性及作用效果好的煤炭用催化剂和添加剂添加技术。