一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法与流程

本发明涉及煤化工催化剂，具体为一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法。

背景技术：

1、随着我国能源安全新战略深入推进，以及“碳达峰、碳中和”目标的提出，我国能源结构正加速向清洁化、低碳化转型。在燃煤电力工业方面，我国2014年以来就大力推进各发电企业实施超低排放和节能改造工程，截至2022年底，全国达到超低排放限值的煤电机组占全国煤电总装机容量的90％以上，为我国降低碳排放、改善大气环境做出巨大贡献。随着水力、核能、风能、地热、潮汐、太阳能发电等清洁发电方式的发展，预计未来30年，我国火电机组将由供电的主导地位向保障性电源地位转变，煤电产业技术势必会把节能降耗、污染物排放控制、宽负荷高效运行作为其重点发展方向。为实现这一目标，不仅要求我们在设备和操作工艺方面进行改进，在发展清洁煤技术及提高煤炭利用效率方面也需要积极创新。因此，能有效地降低燃煤发电过程中高能耗、高排放问题的燃煤催化剂近年来引起了广泛的关注。

2、目前，促进煤燃烧的催化剂主要分为固体和液体两类，在助燃、节能或环保方面都有不同的特点和应用范围。现有的固体煤燃烧催化剂在国内已有十几年的商业应用历史，如cn114250095a公开一种通过风化煤与铜离子的简单络合快速大规模制备获得颗粒大小均匀且高度分散的cuo与腐植酸络合的煤催化材料的方法，实现了煤燃烧催化剂的高度分散和大规模制备。cn108543535a公开一种铁铈复合稀土氧化物负载于γ-al2o3材料上的催化剂，放置于锅炉尾部烟道内，并通入co气体，在600-800℃温度区间具有良好的催化活性，炉内脱硝转化率可以达到80％以上。但固体催化剂多为金属氧化物和其载体，基本都需要在原煤一起加入磨煤机，存在用量大、使用不方便、使用量不准确、易团聚、分散性差及二次污染等问题。相比于此，液体催化剂使用更加方便，仅需在进煤喷洒即可，且与煤的接触更加充分，从而进一步提升催化效率。如cn104293411a公开一种按质量百分浓度加入硝酸镧：5-15％；硝酸铜：10-20％；硝酸铁：8-20％；月桂基聚氧乙烯醚：30-50％；甲基三甲氧基硅烷：5-15％；水：15-30％；溶解后混合均匀，得到黏稠液体状煤炭燃烧催化剂的方法。添加催化剂后节省煤炭明显，热量可增加15～35％，尤其对低热值的煤炭燃烧效果更明显。cn103450965a公开一种煤炭燃烧催化剂，在3000克质量组分中，硫酸镁400克，镍盐500克，稀土90克，乳化剂10克，水2000克，搅拌为浆状，组成液态煤炭燃烧催化剂，在煤炭中添加质量百分比为0.1-0.2％的煤炭燃烧催化剂，能够使煤炭与氧充分接触，在催化的作用下，实现氧化还原反应，达到煤快速燃烧和充分燃烧的效果。cn104371791a公开一种由二乙醇单异丙醇胺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％按重量百分比混合而成。该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。但是，现有液体燃煤催化剂基本都是使用大量的有机溶剂，成本高，且使用不当时易加剧有害气体排放。此外，现有的液体纳米催化剂还存在活性组分不清的问题，使用时会形成大的纳米颗粒，降低催化效率，造成大量浪费。

3、无论固体催化剂还是液体催化剂，其活性组分均主要是过渡金属元素，以fe、cu、ni最为常见，还有稀土元素等。一般还会添加碱金属、碱土金属等作为辅助催化剂。并且，催化剂的催化作用与催化活性位点的粒径息息相关，经研究发现其尺寸越小，催化活性越显著。如cn112473751a、cn101492626a均直接优选地将纳米颗粒负载在催化剂载体表面，有效促进煤的更高效燃烧。但是，鲜见关于直接合成纳米燃煤催化剂并应用的报道，因为纳米催化剂的合成条件较为苛刻。因此，该方法选用稀土金属、过渡金属盐作为主催化剂，碱金属盐作为助燃剂，按一定比例充分溶解混合并调节ph得到液态煤炭燃烧催化剂，在进料传送带均匀喷洒并负载在煤表面，在燃烧炉无氧区快速分解氧化形成纳米热催化剂，随后在有氧燃烧区起到优异的催化作用，实现快速合成纳米催化剂的同时高效促进煤燃烧，可降低燃煤发电碳排放。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，解决了现有液体燃煤催化剂基本都是使用大量的有机溶剂，成本高，且使用不当时易加剧有害气体排放，以及现有的液体纳米催化剂还存在活性组分不清，使用时会形成大的纳米颗粒，降低催化效率，造成大量浪费的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明提供一种用于燃煤电厂的纳米轻稀土热催化剂的原位合成与使用方法。将铈盐、铁盐、镍盐按比例混合并溶于水并调节ph形成混合盐溶液，在煤进入燃烧炉无氧区前均匀喷洒并负载在煤的表面，快速分解生成纳米催化剂，无需复杂的催化剂制备工艺，且添加方式简单，得到的热催化剂能在有氧燃烧区有效促进燃煤效率，且能减少so2等有害气体排放的效果，具有良好的经济价值和环境效益。

5、本发明通过以下技术方案予以实现：一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，具体包括以下步骤：

6、s1.溶液制备

7、将铈盐、铁盐、镍盐按比例混合并溶于水形成混合盐溶液；

8、s2.ph调节

9、加酸调节溶液ph至2.0-6.5之间；

10、s3.溶液喷洒

11、在燃煤领域，煤进入燃烧炉之前将混合盐溶液均匀喷洒在煤的表面；

12、s4.催化剂制备

13、进入燃烧炉无氧区，保证缺氧氛围，快速升温至300-400℃，并保温30—60秒，使附着在煤表面的金属盐受热成核，生成复合纳米催化剂；

14、s5.催化剂使用

15、进入有氧燃烧区，空气氛围，煤在热催化剂作用下充分燃烧。

16、优选的，所述s1中，所用铈盐种类包括但不限于硝酸铈、硫酸铈、氯化铈等，溶于水后铈离子浓度为0.3—0.6mo l/l。

17、优选的，所述s1中，所用铁盐种类包括但不限于硝酸铁、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁等，溶于水后亚铁离子与铁离子浓度总和为0.8—1.2mo l/l。

18、优选的，所述s1中，所用镍盐种类包括但不限于硝酸镍、硫酸镍、氯化镍等，溶于水后镍离子浓度为0.2—0.5mo l/l。

19、优选的，所述s2中，添加酸为硝酸、盐酸、硫酸，添加后混合溶液ph在2.0-6.5之间。

20、优选的，所述s3中，添加混合盐溶液时间为煤进入燃烧炉之前，所用添加方式为包括但不限于喷洒，添加量为对应煤进料质量的0.5-5‰。

21、优选的，所述s4中，热催化剂生成条件为无氧，3—10秒内升温至300-400℃，并保温30—60秒。

22、优选的，所述s5中，燃烧区为空气氛围，燃烧炉温度≥700℃。

23、工作原理：本发明中铈盐、铁盐、镍盐按比例混合并溶于水形成混合盐溶液，其中铈离子浓度为0.3—0.6mo l/l，亚铁离子与铁离子浓度总和为0.8—1.2mo l/l，镍离子浓度为0.2—0.5mo l/l，然后加酸调节溶液ph至2.0-6.5之间，保证液体催化剂在使用前一直为液体状态，无沉淀产生。液体催化剂添加方式选择淋洗或者喷洒，使其与煤充分接触混合，一起进入燃烧炉无氧区，金属盐即刻受热分解，并在煤表面原位成核，生成纳米复合金属氧化物，然后送入有氧燃烧区，促进煤的充分燃烧，同时，铁元素还有一定的固硫作用，可以使硫更多留存在残渣中，降低so2气体的排放。

24、(三)有益效果

25、本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法。

26、具备以下有益效果：

27、1、本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，相较于现有的合成与使用方法，该方法采用简单的溶解混合获得液体催化剂，在燃烧炉无氧区一步获得复合型纳米热催化剂，制备简单，快捷高效。

28、2、本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，相较于现有的合成与使用方法，该方法通过调节ph酸性保持液体催化剂前期稳定性，并通过喷洒使其与煤样充分混合接触，保证了获得的热催化剂能均匀分散，降低热催化剂焙烧成核过程的团聚，增强其与煤的充分接触，保证催化剂的反应活性。

29、3、本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，相较于现有的合成与使用方法，该方法所合成热催化剂为过渡金属和稀土元素的复合纳米热催化剂，由金属盐混合溶液经无氧焙烧成核后生成，具有较高的催化活性和稳定性，在加热条件下，能够有效地促进煤的氧化反应，提高燃烧效率，降低碳排放。

30、4、本发明提供了一种燃煤电厂纳米轻稀土热催化剂原位合成与使用方法，相较于现有的合成与使用方法，该方法所合成热催化剂能结合一定量的s，使s更多留存在残渣中，降低so2气体的排放。