CN103666634B - 一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂，属于环保节煤领域。所述煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛15-45份、稀土镧和高铝矾土2-8份、三乙醇胺醋酸盐1-3份、硝酸盐25-35份、活性炭纤维5-10份；所述溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为10-35%。本发明能够有效改善煤的燃烧条件、降低煤耗、降低SO2和NOx等主要污染物排放，具有性能稳定、储存方便、节煤效果好、减排明显、使用简单、投资回报快等优点。
Description
技术领域
本发明涉及节煤添加剂，特别是一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂。
背景技术
数据显示，2011年我国煤炭消费量占到全球煤炭总消费量的46.2%，是煤炭消费第一大国家。国际能源机构预计，我国煤炭消耗量到2014年将占全球煤炭需求量的50%以上，除非经济增长速度放缓，否则海运煤炭量将会继续上升。相反的，我国煤炭人均可采储量少，仅为世界的三分之二。在我国，煤燃烧是煤炭利用的主要方式，因此在现有煤炭储存量和消耗量的基础上，如果能够改善煤的燃烧条件，将会大大提高煤的利用效率，从而促进煤炭资源的节约和保护。
另一方面，煤在燃烧过程中，会排放大量的烟尘和有害气体，如CO、SO2、NOx等。排放的烟尘不仅污染空气，也影响了人们视觉上的观感；而排放的SO2则是造成区域性酸雨的最主要原因。各大城市环境监测数据表明，造成环境污染的主要原因之一是直接燃煤排放的烟尘和SO2。同时，节能减排是我国一项基本国策，在以往减排工作中，已经将SO2作为主要污染物进行控制，2010年SO2排放量比2005年下降14.29%。“十二五”期间，进一步增加NOx作为主要控制污染物，并提出明确减排目标：到2015年，SO2排放总量比2010年减少8%，NOx排放总量减少10%。因此，煤燃烧作为SO2和NOx排放的主要方式之一，已经制约了我国经济、环境和社会的可持续发展。
综上所述，提高煤的燃烧效率，加强煤燃烧过程中SO2和NOx等主要污染物控制，将具有极为重要的意义。目前煤炭添加剂市场的普遍状况是节煤效果不稳定、脱硫尤其是脱硝效果不理想、使用和储存要求环境条件较高，容易造成煤炭添加剂质量的下降，有的还需要配置相关设备、投资大、经济效益不明显等。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现阶段煤炭添加剂在生产中存在的上述缺陷，本发明提供一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂，能够有效改善煤的燃烧条件、降低煤耗、降低SO2和NOx等主要污染物排放，性能稳定、储存方便、使用简单、节煤效果明显、污染物减排效率高、投资回报快的煤炭节煤脱硫脱硝添加剂。
2、技术方案
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛15-45份（质量）、稀土镧和高铝矾土2-8份（质量）、三乙醇胺醋酸盐1-3份（质量）、硝酸盐25-35份（质量）、活性炭纤维5-10份（质量）；所述溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为10-35%（即溶剂占煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比为10-35%）。
所述溶质还包括五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物3-10份，其中五氧化二钒和三氧化钨质量比例为80：20，之后与氧化铁可以任意组合；氧化钙和氧化镁的混合物20-30份，两者可以任意质量比例组合。所述硝酸盐是硝酸铵和硝酸钠的混合物，两者可以任意质量比例组合。
3、有益效果
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）在本发明技术方案中，添加剂五氧化二钒和三氧化钨能够对烟气中的NOx进行有效催化去除，其中的三氧化钨既可以扩大催化剂的活性反应温度范围，又可以改善催化剂机械结构和晶体性质，同时还可以避免烟气中微量砷对催化剂的毒害。此外，纳米二氧化钛与氧化钙氧化镁的综合作用能将大量氮、硫氧化物固化下来，形成性质稳定、对环境无害的硝酸盐和硫酸盐，以炉渣形式沉淀下来，进而大幅度降低烟气中SO2和NOx的含量。
（2）纳米级活性炭纤维比表面积大、吸附速度快，有较强的吸附能力，可以将烟气中的SO2、NOx和有机有毒等污染物进行吸附去除，尤其是能够对水泥窑产生的二噁英进行吸附去除，减轻了后续尾气处理设施的负荷。
（3）采用纳米级二氧化钛，具有大的比表面积、表面能和表面张力，纳米微粒的热、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子。在煤燃烧过程中，炉膛中火焰的热度和强光使纳米二氧化钛产生强催化作用，生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和自由氢氧基，对有机物大分子链、分子团进行切割、降解，加快长链和大分子有机物裂解速度，促使碳分子氧化反应时的活化能降低、耗氧量下降，降低燃烧过程中破坏化学键所消耗的能量。
（4）同时，在技术方案中的三乙醇胺醋酸盐微爆剂作用下，添加剂与煤产生微爆，将煤破碎，产生的气体可以和煤气发生化学反应释放出热量；另一方面，微爆引发的碰撞作用，以及纳米二氧化钛在煤炭表面形成富氧膜，将促使炉膛内温度和氧分布更加均匀，燃煤中的可燃物更加稳定、充分地燃烧，从而提高热效率，有效控制炉膛温度（持续工作中的炉膛温度一般情况下为1300-1400℃，加入添加剂后的温度降低到800-900℃），降低炉膛热耗散，达到大幅度节煤的效果。
（5）在五氧化二钒、三氧化钨、氧化铁等催化剂的作用下，纳米二氧化钛化学活性能够最大化，因其在参与燃烧的过程中自身并不消减，故能在较小添加量情况下保持优异的性能。
（6）添加剂中的稀土镧、高铝矾土在燃烧反应过程中生成氧化物，此类氧化物对煤炭燃烧也具有显著的催化作用。因此，本发明从煤炭燃烧本质入手，改变煤炭燃烧过程，促进充分混匀，降低煤炭燃烧的活化能和起燃温度、缩短燃烧时间，加强完全充分燃烧，进而整体提高煤炭燃烧热值，达到节煤和减排目的。
因此，本发明能够有效节省燃煤，减少SO2和NOx等污染物排放等，具有多重效果，并能够大幅降低使用单位的生产成本，投资回报快。
本发明纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为液体水剂，产品性能稳定、不易燃易爆、不挥发、储存方便，不会对窑炉等燃烧器造成不利影响。由于使用三乙醇胺醋酸盐微爆剂不含氯离子，因此对设备腐蚀性小，安全性高，是绿色环保节能的。本发明储存方便、使用简单、价格低廉，节煤效果良好，投资回报期快，克服了常用煤炭添加剂的不足之处，能够较好达到节煤效果。
本发明适用于各种燃煤锅炉、水煤浆锅炉、工业窑炉等，适用范围广；消除了烟气中微量砷对添加剂的毒害，脱硫脱硝效果也较为明显，具有较为明显的减排作用。
具体实施方式
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛15-45份、稀土镧和高铝矾土2-8份、三乙醇胺醋酸盐1-3份、硝酸盐25-35份、活性炭纤维5-10份；所述溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为10-35%。
实施例1：
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛15份（质量）；五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物3份（质量）；稀土镧和高铝矾土2份（质量）；三乙醇胺醋酸盐1份（质量）；硝酸盐25份（质量）；氧化钙和氧化镁的混合物20份（质量）；活性炭纤维5份（质量），溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为10%。使用时直接将煤炭节煤脱硫脱硝添加剂均匀喷洒于煤炭表面，利用搅拌机或磨粉机充分搅拌混匀即可。
实施例2：
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛45份；五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物10份（其中五氧化二钒和三氧化钨质量比例为80：20，之后与氧化铁可以任意组合）；稀土镧和高铝矾土8份；三乙醇胺醋酸盐3份；硝酸盐35份，所述硝酸盐是硝酸铵和硝酸钠的混合物（两者可以任意组合）；氧化钙和氧化镁的混合物30份（两者可以任意质量比例组合）；活性炭纤维10份，溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为15%。使用时，同实施例1。
实施例3：
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛20份；五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物6份；稀土镧和高铝矾土3份；三乙醇胺醋酸盐2份；硝酸盐28份；氧化钙和氧化镁的混合物25份；活性炭纤维6份，溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为20%。使用时，同实施例1。
实施例4：
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛30份；五氧化二钒、三氧化钨、氧化铁的混合物7份；稀土镧和高铝矾土7份；三乙醇胺醋酸盐2.5份；硝酸盐34份；氧化钙和氧化镁的混合物25份；活性炭纤维7份，溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为30%。使用时，同实施例1。
实施例5：
一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛40份；五氧化二钒、三氧化钨、氧化铁的混合物9份；稀土镧和高铝矾土5份；三乙醇胺醋酸盐2份；硝酸盐30份；氧化钙和氧化镁的混合物24份；活性炭纤维8份，溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为35%。使用时，同实施例1。
将本发明实施例1-5所制备的纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂，均匀喷洒拌入煤中，添加量按用煤量的1‰加入。在用煤品质、用煤设备等因素相同条件下，经过多家实际应用，在同等操作参数条件下，所述节煤添加剂的实际节煤率为10-30%，二氧化硫排放降低20-65%，氮氧化物排放降低率30-60%。
Claims (2)
1.一种纳米复合型煤炭节煤脱硫脱硝添加剂，其特征在于，所述煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛15-45份、稀土镧和高铝矾土2-8份、三乙醇胺醋酸盐1-3份、硝酸盐25-35份、活性炭纤维5-10份；所述溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为10-35％；所述溶质还包括五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物3-10份；氧化钙和氧化镁的混合物20-30份；所述五氧化二钒和三氧化钨质量比例为80：20；所述硝酸盐是硝酸铵和硝酸钠的混合物。
2.根据权利要求1所述的煤炭节煤脱硫脱硝添加剂，其特征在于：所述煤炭节煤脱硫脱硝添加剂为水分散溶液，由溶质和溶剂组成，溶质包括纳米二氧化钛45份、稀土镧和高铝矾土8份、三乙醇胺醋酸盐3份、硝酸盐35份、活性炭纤维10份、氧化钙和氧化镁的混合物30份、以及五氧化二钒、三氧化钨和氧化铁的混合物10份；所述溶剂为去离子水，煤炭节煤脱硫脱硝添加剂质量百分比浓度为15％。
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