[发明专利]一种催化燃烧煤焦同时原位脱硝的催化剂及其使用方法

说明书

本发明公开了一种催化燃烧煤焦同时原位脱硝的催化剂及其使用方法，属于煤炭和焦炭高效催化燃烧及污染物减排技术领域。本发明通过选择Fe或Fe和CaO复合物或Fe和CeO₂复合物作为催化剂，在催化剂的添加量为煤焦质量1～15％、Fe与CaO或Fe与CeO₂的质量比为0.1～3情况下，在煤焦燃烧过程中可降低煤焦的燃点、提高煤焦的燃净率，同时可高效的降低煤焦燃烧过程中的NOx排放量。本发明催化剂使得焦粉的着火温度、燃烬温度可分别降低15.1℃、68.8℃，NO减排率可达到39.6％。本发明提供的催化剂不仅价廉易得，实现了废物高效利用，同时使用工艺操作简单，易于实现，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于煤炭和焦炭高效催化燃烧及污染物减排技术领域，具体地说涉及一种用廉价的复合催化剂不仅可以催化煤炭和焦炭高效燃烧，而且可对燃烧过程中产生的NOx高效原位催化减排。

背景技术

煤作为我国最重要的一次性能源，在我国能源消耗总量中占76％。每年约有占煤炭总产量的84％的用于直接燃烧。同时我国是焦炭生成大国，2018年全国焦炭产量累计为4.38亿吨，焦化厂在生产供高炉炼铁所用焦炭的同时还伴随着大量焦丁的产生，而这种焦丁对高炉炼铁的用处有限，它主要是作为烧结燃料使用。煤炭和焦化厂产生的焦丁在燃烧时，会产生对环境有严重污染的NOx。煤燃烧催化剂能降低煤燃烧的表观活化能，降低煤的着火点和加快煤的燃烧速率，加速煤热解过程中各种结合键的断裂，提高煤挥发分的析出速度，从而提高了煤炭的利用率，节约了能源。同时，催化剂的加入可以催化煤焦燃烧过程中焦炭同NOx及一氧化碳同NOx之间的反应，达到减少NOx排放的问题。因此，强化煤和焦炭的燃烧及焦炭及一氧化碳同NOx之间反应，不仅可以提高煤和焦炭燃烧的热效率，而且可以显著降低污染物的排放，提高企业经济效益和社会效益。

目前，已知燃烧添加剂包括各类碱金属化合物、碱土金属化合物、过渡金属氧化物，例如K₂CO₃、FeCl₃、FeCl₂、Na₂CO₃、Ca(OH)₂、KMnO₄和NaCl等。此外也有部分非金属化合物作为助燃剂，如尿素、柠檬酸、碱式碳酸铜等。从经济性方面来看，利用诸如碱厂废液、造纸黑液、糖厂废液等工业废渣或废液来做催化剂也研究的也比较多。CN201410676344.4公开了一种高效的煤燃烧催化剂，由以下重量百分比的原料制成：三异丙醇胺5～15％，碱厂废液20～30％，叔丁醇20～30％，丙二醇10～15％，稀土元素的化合物1～5％，非离子表面活性剂10～15％，异丁醇2～6％，NaCl 2～6％，FeCl₃ 3～7％，在煤燃烧时使用此煤燃烧催化剂，能够降低煤的着火点，提高燃烧速度，从而提高煤燃烧效率，降低有害物质的排放量，采用碱厂废液作为原料，变废为宝，降低成本。CN201410658268.4公开了一种煤燃烧催化剂，由以下重量百分比的原料制成：二乙醇单异醇胺13～22％，三乙醇胺25～35％，非离子表面活性剂10～15％，造纸黑液13～20％，糖厂废液15～20％，碱金属盐1～6％，稀土元素的化合物0.2～0.8％，此煤燃烧催化剂可降低煤的着火点和燃尽温度，加快煤的燃烧速率，同时煤得以充分燃烧，不仅降低了煤耗和成本，而且减少了SO₂、NOx等有害气体的排放，对改烧优质煤为劣质煤提供了有利的条件，催化剂中碱金属盐为氯化钠或氯化钾，稀土元素的化合物为La₂O₃、Y₂O₃、LaMnO₃、LuMnO₃中的一种。造纸黑液中含有大量K₂CO₃、Na₂CO₃、KOH、NaOH和Ca(OH)₂等。CN101831342B公开了一种燃煤中脱硫脱硝及清焦的方法，在燃煤中混入占原煤总量2～3‰的增效剂，同时又在脱硫系统的浆液箱中加入占原煤总量0.02～0.08‰催化活化剂，增效剂组成为：碳酸钙8～25％、氧化镁5～15％、二氧化硅5～10％、氧化锌5～10％、二氧化锰8～10％、氧化钙15～40％、氢氧化钡5～10％、氧化铝3～8％、高锰酸钾8～15％；催化活化剂组成为：活性氧化钙0～40％、活性碳20～30％、硝酸铵钙10～15％、氧化铁5～20％、氧化锌2～10％。上述煤焦燃烧催化剂组成非常复杂价格昂贵且一次性使用使得过程经济性差，废液中有机物燃烧过程中产生污染物且不能对燃烧过程中NOx进行高效原位减排，同时部分煤焦燃烧催化剂的加入带来炉膛腐蚀问题进而缩短燃烧炉的寿命。由于用于燃烧的煤焦量大且催化剂一次性使用难以回收再利用，同时高效燃烧催化剂和脱硝催化剂开发关键在于催化活性组分的组成、结构对C-C解离、氧和电子的传递、NO的吸附等影响程度，因此高效价廉不仅能催化煤焦燃烧而且能实现燃烧过程中原位脱硝的催化剂才能提高企业经济效益和社会效益。