一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，包括以下步骤：S01、生物质原料低温下烘焙制备生物炭：将粒径为1～3mm生物质原料置于180～200℃条件下烘焙20～30min后，快速冷却制备成生物炭；S02、生物质成型燃料的制备：将步骤S01中所得生物炭与煤沥青按重量比2∶1～10∶1的比例混合均匀后，在10～20MPa的压力下压缩成型，得生物质成型燃料；S03、生物质成型燃料用于配煤炼焦：将步骤S02中所得生物质成型燃料按照7％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中，与配合煤原料在焦炉中混合炼焦。本发明专利技术的方法制备的生物质成型燃料用于配煤炼焦在确保生产的焦炭机械强度及焦炭反应性满足高炉炼铁要求的前提下，可以大大降低炼焦成本，节省大量优质煤炭资源，减少CO2和污染物排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可再生能源(生物质)利用和煤化工技术交叉
，更具体地，涉及一种将生物质与煤沥青混合制备成生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法。
技术介绍
焦炭在高炉炼铁过程中充当还原剂、热源、供碳剂和疏松骨架的作用，是高炉炼铁过程中不可缺少的原料。“十二五”期间我国高炉炼铁工序年均焦炭消耗量达4.54亿吨，折算成炼焦原煤消耗量约为10.25亿吨，年均排放CO2约10亿吨。面对炼焦煤资源日益匮乏和全球气候变暖，“十三五”期间高炉炼铁工序节能减排任务更加严峻。无论从减少炼焦煤用量还是CO2减排出发，钢铁工业中生物质利用都具有十分重要的意义。生物质是一种可再生的碳中性碳源，具有分布广、产量大、挥发分高、灰分低等特点。实际上，生物质应用于炼铁工艺最早可追溯到我国春秋时期，而后随着炼铁技术不断发展，焦炭逐渐取代木炭成为高炉炼铁的主要燃料和还原剂。近年来，随着全球气候变暖和环境污染日趋严重，利用生物质炼铁又引起了世界各国重视。日本和巴西已成功将生物质应用于高炉炼铁。德国、加拿大和美国学者也认为生物质替代焦炭炼铁是减少炼焦煤用量和CO2排放的最佳方法之一。国内外学者对生物质与煤混合炼焦展开了部分研究。巴西钢铁制造CSN公司在配煤中加入如碳化稻壳、碳化椰子壳、大豆皮、咖啡豆和木炭等不同生物质进行炼焦实验，结果表明在配合煤中添加2～4％的生物质不会影响焦炭机械强度，而且可降低焦炭灰分(StudyofthebiomassapplicationinpartialsubstitutioninthecoalblendsusedintheCSNcokeproduction.TechnologiaemMetalurgiaeMateriais,2008,5:40-45.)。美国钢铁公司技术与研究中心也证明了配合煤中添加少于2％生物质不影响焦炭反应性(CRI)和焦炭反应后强度(CSR)(生物质用于焦炭和烧结生产的实验室评价，世界钢铁，2012，6：8-16)。加拿大矿产和能源技术中心(CANMET)在13.6kg的焦炉中研究配合煤中添加生物质对焦炭质量的影响，发现配合煤中添加2％的6.3-9.5mm生物质可以有助于保持焦炭的CSR和CRI。同时，他们发现随着配合煤中生物质添加量增加，配合煤的流动性和膨胀率等流变性能下降，导致焦炭CSR逐渐降低、焦炭CRI逐渐升高(PossibleCO2mitigationviaadditionofcharcoaltocokingcoalblends.FuelProcessingTechnology,2009,90(1):16-20；Reactivityofbio-cokewithCO2.FuelProcessingTechnology,2011,92:801-804)。我国学者蔡明珠和周仕学等人研究结果也表明：配合煤中添加少量生物质对焦炭的质量影响不大；当生物质添加量超过5％时，焦炭质量迅速恶化(生物质型焦的生产工艺及性能研究，中国矿业大学学报，2000，29(5)：524-527；配煤中添加生物质的冶金炼焦试验，燃料与化工，2015，46(1)：62-63)。专利申报者前期利用生物质替代炼焦配合煤进行炼焦实验，结果发现生物质添加量为3％时，焦炭质量不仅没有降低，反而有所升高；生物质添加量超过5％时，焦炭质量迅速下降(CharacteristicsofCoalandPineSawdustCo-carbonization.Energy&Fuel,2014,28:848-857)。日本学者认为生物质的低容积密度和高挥发分是导致焦炭质量降低的主要原因之一。通过增大生物质粒径、提高碳化过程的升温速率和低温热处理生物质等方法可以增加生物质与煤混合物的基氏流动度，进而抑制焦炭质量的降低。配煤炼焦理论揭示炼焦配合煤的活性成分与惰性成分平衡是得到优质焦炭的必要条件，添加生物质会增加炼焦煤中惰性组分含量，破坏了炼焦煤中活性成分与惰性成分平衡，会导致焦炭质量下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，该方法制备的生物质成型燃料用于配煤炼焦在确保生产的焦炭机械强度及焦炭反应性满足高炉炼铁要求的前提下，可以大大降低炼焦成本，节省大量优质煤炭资源，减少CO2和污染物的排放。本专利技术的技术方案：一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，包括以下步骤：S01、生物质原料低温下烘焙制备生物炭：将粒径为1～3mm生物质原料置于180～200℃条件下烘焙20～30min后，快速冷却制备成生物炭；S02、生物质成型燃料的制备：将步骤S01中所得生物炭与煤沥青按重量比2:1～10:1的比例混合均匀后，在10～20MPa的压力下压缩成型，得生物质成型燃料；S03、生物质成型燃料用于配煤炼焦：将步骤S02中所得生物质成型燃料按照7％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中，与配合煤原料在焦炉中混合炼焦。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S02中的生物炭与煤沥青按重量比8:1～10:1的比例混合均匀。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S03中生物质成型燃料按照10％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S02中采用成型机械压缩成型，制备成生物质成型燃料。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S02中的煤沥青为焦化厂焦油回收过程中产生的固体残渣，其主要为活性组分(镜质组和丝质组)。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S03中的配合煤的粒径小于3mm，所占比例为80％～100％。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述步骤S03中的配合煤包括肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、气煤。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述配合煤按下述质量百分比组成：20～25％肥煤、30～35％焦煤、5～10％瘦煤、20～25％1/3焦煤、20～25％气煤。前述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法中，所述配合煤按下述质量百分比组成：14～15％肥煤、40～45％焦煤、8～12％瘦煤、24～28％1/3焦煤、8～10％气煤。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术是以生物质废弃物和煤沥青为原料，通过将生物质低温烘焙后与煤沥青混合，并经压力成型后制备成生物质成型燃料用于配煤炼焦，具有原料价格低廉、来源广泛和制备工艺简单等特点，生物质添加进配合煤中，可在煤干馏过程中提供胶质体，煤沥青添加进配合煤中，可在煤干馏过程中提供碳源，采用本专利技术的生物质和煤沥青预处理步骤可降低生物质的挥发分，提高生物质成型燃料的堆密度，增加生物质成型燃料与配合煤混合物的基氏流动度，进而抑制焦炭质量的降低。(2)生物质废弃物通常是直接焚烧易形成雾霾，而煤沥青是焦油回收过程中的固体废弃物，采用本专利技术制成生物质成型燃料用于配煤炼焦可以达到“变废为宝”的目的。(3)传统生物质与煤混合炼焦只是简单的将生物质添加至配合煤中，生物质添加量通常<5％，而采用本专利技术制备的生物质成型燃料与配合煤混合炼焦，生物质添加量可以达到15％，大大地降低炼焦成本和节省优质煤炭资源。(4)生物质是一种可再生的碳中性碳源，具有产量大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：S01、生物质原料低温下烘焙制备生物炭：将粒径为1～3mm生物质原料置于180～200℃条件下烘焙20～30min后，快速冷却制备成生物炭；S02、生物质成型燃料的制备：将步骤S01中所得生物炭与煤沥青按重量比2∶1～10∶1的比例混合均匀后，在10～20MPa的压力下压缩成型，得生物质成型燃料；S03、生物质成型燃料用于配煤炼焦：将步骤S02中所得生物质成型燃料按照7％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中，与配合煤原料在焦炉中混合炼焦。

【技术特征摘要】
1.一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：S01、生物质原料低温下烘焙制备生物炭：将粒径为1～3mm生物质原料置于180～200℃条件下烘焙20～30min后，快速冷却制备成生物炭；S02、生物质成型燃料的制备：将步骤S01中所得生物炭与煤沥青按重量比2∶1～10∶1的比例混合均匀后，在10～20MPa的压力下压缩成型，得生物质成型燃料；S03、生物质成型燃料用于配煤炼焦：将步骤S02中所得生物质成型燃料按照7％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中，与配合煤原料在焦炉中混合炼焦。2.如权利要求1所述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，其特征在于,所述步骤S02中的生物炭与煤沥青按重量比8∶1～10∶1的比例混合均匀。3.如权利要求1所述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，其特征在于,所述步骤S03中生物质成型燃料按照10％～15％的质量百分比添加至配合煤原料中。4.如权利要求1所述的生物质成型燃料应用于配煤炼焦的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦林波，韩军，吴高明，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42