一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产及应用方法技术

本发明专利技术属于能源利用领域，涉及一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产及应用方法，适用于烟煤、无烟煤的粉煤喷吹燃烧过程。其特征是以ＣａＯ、纳米ＣｅＯ↓［２］为原料，将ＣａＯ溶于水，用ＣＯ↓［２］碳化生成纳微米ＣａＣＯ↓［３］浆液，然后添加纳米ＣｅＯ↓［２］，将纳米ＣｅＯ↓［２］负载于碳化形成的纳微米ＣａＣＯ↓［３］晶粒上，含有ＣａＣＯ↓［３］负载ＣｅＯ↓［２］的浆液浓缩后喷雾干燥，获得粒度小于１０微米的ＣａＣＯ↓［３］负载ＣｅＯ↓［２］粉体，然后添加路易丝酸并进行微波处理加热干燥处理，使催化剂颗粒表面呈正电性；ＣａＣＯ↓［３］与ＣｅＯ↓［２］重量比为１∶０．０５～１∶０．３，路易丝酸的加入量为纳微米ＣａＣＯ↓［３］负载纳米ＣｅＯ↓［２］的颗粒粉体的０．５～１．０ｗｔ％。本发明专利技术催化剂生产工艺简单，成本低，具有活性高、用量少、无腐蚀性的特点，催化助燃效果良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源利用领域，涉及一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产及应用 方法。
技术介绍
煤粉喷吹燃烧是煤炭利用过程中重要的环节，由于粉煤喷吹燃烧煤粉颗粒在燃烧器中的 停留时间很短，提高燃烧速度对于提高煤粉能源利用率具有重要意义。催化燃烧是实现快速 燃烧的有效措施之一，催化剂的加入可以使粉煤的燃点降低，燃速提高。催化助燃剂通常有 液体和固体两类，液体催化助燃剂存储、运输和使用不便，固体催化助燃剂易于存储、运输， 使用方便。碱金属、碱土金属的氧化物、氯化物、硝酸盐虽然有较高的催化助燃活性，可以 使煤的燃点降低、燃速提高，但对大多数粉煤燃烧设备具有腐蚀性，难于普及利用。此外， 已有粉煤催化助燃剂，因其活性低而导致加入量大，也是煤粉催化助燃难于推广应用的原因。由于Ce02具有特殊的物理和化学结构，所以在催化领域具有非常重要的应用。研究表明 Ce02对能源转化具有很强的催化作用，它能实现CH4、 CO等气态燃料的催化燃烧，也能催 化各种液态和固态燃料的燃烧，如JP-IO、碳黑、汽车尾气中的积碳等。热解是燃烧的第一个阶段，热解反应性直接影响到煤的燃点和燃速。各种催化剂被应用 于催化热解，其中研究表明煤中固有碱金属、碱土金属化合物对煤的热解具有明显的催化作 用。粉煤中加入碱金属、碱土金属化合物也对煤热解具有明显的催化作用，能够加快热解速 率，提高热解转化率，增加热解气含量，改变热解气组成。碱土金属的氧化物或碳酸盐对煤的燃烧具有一定的催化作用，虽然廉价易得又对燃烧设 备无腐蚀作用，但催化活性小，添加量大。Ce02具有很强的催化能力，无腐蚀，无毒性，在 能源的催化领域有很广泛的应用前景。但是Ce02属于一种稀少资源，而作为燃煤催化剂却难 于回收再生。因此，如何提高其活性，减少催化剂用量是该类催化剂应用技术推广的难点。固体催化剂粉煤催化燃烧，催化剂与煤粉界面是固-固接触，因此减小催化剂粒度是增加 接触面积减小催化剂用量的关键之一。此外，煤粉表面呈负电性，因此使催化剂表面改性呈 正电性是增加催化剂与煤粉接触面积的另一关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是结合CaC03及Ce02的优点，将纳米Ce02负载于碳化形成的CaC03晶3粒上，再进行表面改性，使催化剂颗粒表面呈正电性，在煤粉生产过程中将催化剂加入，催 化剂颗粒吸附于煤粉颗粒表面，对煤粉燃烧过程中起到助燃作用。一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产方法，其特征是以CaO、纳米Ce02为 原料，将CaO溶于水，用C02碳化生成纳微米CaCO3浆液，然后添加纳米Ce02，将纳米Ce02 负载于碳化形成的纳微米CaC03晶粒上，含有CaC03负载Ce02的浆液浓縮后喷雾干燥，获 得粒度小于10微米的CaC03负载Ce02粉体，然后添加路易丝酸并进行微波处理加热干燥处 理，使催化剂颗粒表面呈正电性。CaC03与Ce02重量比为1: 0.05~1: 0.3，路易丝酸的加入 量为纳微米CaC03负载纳米Ce02的颗粒粉体的0.5~1.0wt%。本专利技术的工艺流程为1. 将石灰石高温下烧制成活性CaO，并将以C02为主要成分的尾气收集，尾气除尘后作为 催化剂生产过程中的原料气。活性CaO粉碎后作为催化剂生产的原料。2. 将活性CaO溶于水，制成Ca(OH)2饱和石灰乳液，然后过滤除去固体残渣制得Ca(OH)2 水溶液。3. 采用碳化塔反应器，从反应器上部输入Ca(OH)2水溶液，从反应器下部输入C02，通过控 制工艺参数，控制CaCO3晶粒大小10微米以下，实现纳微米CaC03的碳化合成。4. 将碳化塔反应器底部排出的含有CaC03晶体浆液静置沉淀，上清液返回CaO溶解反应器。 浓縮后的CaC03浆液，加入含有纳米Ce02颗粒的浆液，加入比例按CaC03与Ce02重量 比为1: 0.05~1: 0.3为宜，然后充分搅拌10 30min,最后进行喷雾干燥，获得纳微米CaC03 负载纳米Ce02的颗粒粉体。5. 向喷雾干燥获得的纳微米CaC03负载纳米Ce02的颗粒粉体中加入0.5 1.0wty。的路易丝 酸，进行充分搅拌混和，然后进行微波加热干燥处理，使颗粒表面电负性达到+20ev以上。通过上述方法获得的纳微米钙基稀土复合催化剂，应用方法是粉煤制备过程中，将催化 剂随同原煤一起加入磨煤机，催化剂加入量为原煤的0.3% 4%^为宜，催化效果随加入量增 加而增加，但一般不应超过钱。本专利技术催化剂生产工艺简单，成本低，具有活性高、用量少、无腐蚀性的特点，可广泛应用于高炉炼铁喷煤、工业窑炉喷煤及煤粉炉锅炉喷煤等粉煤燃烧过程。催化助燃效果良好。 附图说明图1是本专利技术生产钙基稀土复合催化剂的工艺流程图图2是空气和氧气气氛条件下，催化剂对煤粉燃烧速度的影响图图3是空气气氛条件下，催化剂对煤粉燃点的影响图图4是空气气氛条件下，催化剂表面电负性对煤粉燃烧线的影响图具体实施例方式实施例1实验室用不锈钢作反应器，加入10升水，在搅拌条件下，不断加入化学试剂CaO粉料， 直到CaO不再溶解为止。然后用滤纸除去未溶解颗粒，制得Ca(0H)2饱和水溶液。将Ca(OH)2 饱和水溶液加入一直径100mm、高1500mm的立式柱型玻璃质反应器，从距反应器底部 400mm的位置以500mL/min的速率鼓入C02气泡，直到无新的沉淀物产生为止。静置沉淀 约2小时后，吸去反应器上部清液(实验室未进行循环利用)，剩余浆料加入含有3g纳米Ce02 的悬浮浆液，搅伴30min,然后进行喷雾干燥，喷雾干燥温度设定为250°C。上述过程获得了 CaC03负Ce02的粉体19g，加入路易丝酸0.15g，机械辗磨混和15min后，采用旋转连续排 料微波加热炉干燥，粉料在微波反应器内停留时间约2min。上述过程获得的纳微米CaC03 负Ce02催化剂的主要成分CaC03为76.2%、 Ce02为19.1。/。， Ca(H0)2为2. 3%， Ca0为1.70/。， 其它杂质含量0.7%;催化剂粒径Dso为2.1微米，催化剂颗粒表面电负性为+21ev。催化剂性 能测试结果如下1. 某钢铁厂高炉喷吹用无烟煤粉加入1%该钙基稀土复合催化剂或不加该催化剂，手工 辗磨充分混和后，在空气和氧气气氛条件下，升温速度为15°C/min， TG热重测试结果如图2 所示。测试结果说明，无论是空气气氛还是氧气气氛，加入催化剂的煤粉燃烧速度明显加快。2. 取上述配制好的煤样2g，平铺放入刚玉坩埚，在管式炉内空气气氛下测定其燃点变 化，管式炉恒速加热，测温热电偶置于煤粉样品表面。测试结果如图3所示，结果表明，该 催化剂显著降低了无烟煤粉的燃点。3.对上述实验获得的催化剂进一步进行微波表面处理，使其表面电负性提高到十33ev，采用差 热分析仪测得的试验结果如图4所示，催化剂表面电负性提高后，催化作用进一步提高。实施例2采用本专利技术催化剂生产方法，建立了工业生产线，生产了纳微米CaC03负Ce02的钙基 稀土复合催化剂，其主要成分CaC03为76%±1%、 Ce02为20%±0.5%， Ca(H0) 2为2°/。±0.2%， Ca0为1. 5%±0.2%，催化剂粒径D5G为2.7微米，催化剂颗粒表面电负性为+23ev。该催化剂 应用于高炉喷煤催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产方法，其特征是以ＣａＯ、纳米ＣｅＯ↓［２］为原料，将ＣａＯ溶于水，用ＣＯ↓［２］碳化生成纳微米ＣａＣＯ↓［３］浆液，然后添加纳米ＣｅＯ↓［２］，将纳米ＣｅＯ↓［２］负载于碳化形成的纳微米ＣａＣＯ↓［３］晶粒上，含有ＣａＣＯ↓［３］负载ＣｅＯ↓［２］的浆液浓缩后喷雾干燥，获得粒度小于１０微米的ＣａＣＯ↓［３］负载ＣｅＯ↓［２］粉体，然后添加路易丝酸并进行微波处理加热干燥处理，使催化剂颗粒表面呈正电性；ＣａＣＯ↓［３］与ＣｅＯ↓［２］重量比为１∶０．０５～１∶０．３，路易丝酸的加入量为纳微米ＣａＣＯ↓［３］负载纳米ＣｅＯ↓［２］的颗粒粉体的０．５～１．０ｗｔ％。

【技术特征摘要】
1.一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产方法，其特征是以CaO、纳米CeO2为原料，将CaO溶于水，用CO2碳化生成纳微米CaCO3浆液，然后添加纳米CeO2，将纳米CeO2负载于碳化形成的纳微米CaCO3晶粒上，含有CaCO3负载CeO2的浆液浓缩后喷雾干燥，获得粒度小于10微米的CaCO3负载CeO2粉体，然后添加路易丝酸并进行微波处理加热干燥处理，使催化剂颗粒表面呈正电性；CaCO3与CeO2重量比为1∶0.05～1∶0.3，路易丝酸的加入量为纳微米CaCO3负载纳米CeO2的颗粒粉体的0.5～1.0wt％。2. 如权利要求1所述一种促进粉煤燃烧的钙基稀土复合催化剂的生产方法，其特征是工 艺流程为(1) 将石灰石高温下烧制成活性CaO，并将以C02为主要成分的尾气收集，尾气除尘后作 为催化剂生产过程中的原料气，活性CaO粉碎后作为催化剂生产的原料；(2) 将活性CaO溶于水，制成Ca(OH)2饱和石灰乳液，然后过滤除去固体残渣制得Ca(OH)2 水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭占成，公旭中，黎传红，林佐华，
申请(专利权)人：北科汇迪北京节能技术有限公司，北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]