基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统技术方案

本申请公开了基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，包括：预处理系统；热处理系统，混合后的反应物于热处理系统中充分反应；固体收集系统，用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；气体收集系统，用于收集经热处理系统反应后的气体。本申请采用钢铁渣提取物中的钙镁类碱性试剂作为其中一种反应物，其可以吸收生物质原料中的水分，有利于生物质结构的破坏和产氢反应，简化了生物质原料的预处理。本申请采用从不锈钢钢渣中提取的铁基催化剂，作为一种副产物价格便宜，可批量化生产；本申请生物质制氢后的固体残渣，将该固体残渣混合在炼铁用烧结原料中使用，同时固体残渣中的生物炭、碳酸钙镁和铁基催化剂均能被充分循环利用。

【技术实现步骤摘要】
基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统
本申请涉及一种由二氧化碳吸附、利用和封存(CarbonCapture，UtilizationandSequestration)衍生的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统。
技术介绍
全球现有的能源结构仍以化石燃料为主，但是基于化石燃料为主的现有能源结构会带来大量的碳排放和潜在的气候变化问题。而氢能源作为一种无碳能源具有良好的应用前景，但是目前经济实用的工业生产办法依然是从化石燃料分离氢气，这一过程的碳足迹依然很高，没有从根本上解决化石燃料的碳排放问题。在这样的背景下，钢铁行业作为碳排放大户，也提出了无碳炼铁，即利用氢气作为替代性还原性气体，当前主要的氢气来源是用新能源(风电、水电、太阳能)进行电解水获得的。而现有的多数钢铁厂都因其工业需求滨海滨江，该区域通常有丰富的水生性生物质资源(海藻、海带类)以及陆生生物质资源(芦苇、秸秆、枯木等)，如何基于现有优势资源进行充分利用以获得其他制备方式的氢气来源，现有技术并未涉及。但是，从生物质通过气化、高温分解、亚/超临界热处理等方法制备氢气也存在能耗高、氢气产品纯度低等问题。其中利用碱法生物质制备氢气近些年受到了一定关注，但是其核心反应试剂氢氧化钠价格高、碳足迹高；且需要使用镍(Ni)催化剂，价格较高，回收困难；如何生产性价比高且能够充分保证供应量的催化剂是一个难点。此外，碱法生物质制备氢气，固体残渣(生物炭)含有碳酸钠，碳酸钠易溶于水，限制了固体残渣被大量直接使用于土壤修复。在用该方法制备得到的产品端，因燃料电池用氢气，对纯度有较高要求，氢气产品的提纯分离成本并不便宜，氢气产品的使用渠道和分离方法还有待进一步改善。与此同时，如何充分利用钢铁行业中基于二氧化碳的湿法冶金多级反应工艺中由钢渣制得的副产物，使得整个碳捕集、利用和封存流程的经济性得到改善；并且基于上述副产物如何充分利用大量被浪费掉的生物质资源(芦苇、秸秆、枯枝烂叶、江河湖海中的藻类、厨余等等)，从而建立一个多相循环(气体资源、固体资源、水资源)的绿色钢铁工业生态是急需要解决的技术问题。公开号为US8974757B2的美国专利，其公开了合成铁基材料和去除二氧化碳排放的方法和系统，并具体公开了：使用pH摆动工艺从铁基材料生产铁基吸附剂，包括化学链(chemicallooping)吸附剂，所述pH摆动工艺消耗第一二氧化碳源以生产碳酸化矿物；用含碳燃料通过氧化还原所述铁基化学链吸附剂，以产生用于所述pH变化过程中消耗的第二二氧化碳源；以及再生所述铁基化学链吸附剂，所述铁基化学链吸附剂已经通过蒸汽氧化还原以产生氢气。其使用高酸碱耗用量的pH摆动工艺生产氧化铁，产生氢气使用的工艺是化学链吸附工艺。公开号为US20150033812A1的美国专利，公开了从生物质和生物废料共同产生气体燃料、生物炭和肥料的方法和系统，并具体公开了：预处理模块，用于将干燥的固体或液体氢氧化物和一种或多种催化剂中的至少一种与生物质混合以形成生物质混合物；碱性水热处理反应器，用于加热所述生物质混合物和水蒸汽，直到所述氢氧化物和所述生物质反应产生氢气，碳酸盐和副产物，例如生物炭和肥料中的至少一种；以及氢氧化物再生反应器，用于煅烧所述碳酸盐或进行所述碳酸盐的双重置换反应以产生二氧化碳和氢氧化物；其中所述碱性水热处理反应器与所述预处理模块流体连通，所述氢氧化物再生反应器与所述碱性水热处理反应器流体连通。其采用的是Ni基催化剂，Ni基催化剂价格较高，且不易分离循环。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统。为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，所述系统包括：预处理系统，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；热处理系统，混合后的上述反应物于所述热处理系统中进行充分反应；固体收集系统，其与所述热处理系统的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；以及气体收集系统，其与所述热处理系统的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的气体。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统包括所述生物质进行脱水处理。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统还包括：将所述铁基催化剂于500℃在氢气中还原2h处理。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述生物质和所述碱性试剂按照化学计量比(按照下文列举的其中的一种理论分子式和化学反应方程式，该化学计量比为1mol：5mol)进行混合，所述铁基催化剂的添加量为所述生物质和所述碱性试剂总质量的5％-15％之间。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，在所述热处理系统中，混合后的所述反应物于500℃反应1h；或者，混合后的所述反应物于300℃反应2h。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，若所述生物质较干燥，则需补充蒸汽，以保持反应环境的湿度不低于10％但不高于30％。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述固体残渣包括生物炭、碳酸钙镁和铁基催化剂的混合物。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括炼铁烧结系统，将所述固体残渣按照不超过30％的比例，混合到所述炼铁烧结系统中进行烧结矿制备并最终用于高炉还原。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括气体分离净化系统，所述气体分离净化系统将所述气体收集系统收集到的气体进行分离净化处理，以获得高纯氢气。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括混合气体再利用系统，所述混合气体再利用系统将所述气体收集系统收集到的以氢气为主的气体产品输送至炼铁高炉参与直接还原铁(DirectReducedIron)，参与加热和还原反应等过程。进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统还包括铁基催化剂获取系统，所述铁基催化剂获取系统包括：原料预洗装置，将工业废弃物或矿石原料或尾矿、试剂以及水按照一定配比连续投入所述原料预洗装置中充分混合；反应装置，上述经过原料预洗装置充分混合后的浆料通过动力装置连续打入所述反应装置；将二氧化碳在一定压力下连续打入所述反应装置并与上述浆料进行混合与反应；所述反应装置连续排出经过反应的浆料；多级固液分离装置，将上述经所述反应装置连续排出的经过反应的浆料进行多级固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离；以及杂质去除装置，经上述多级固液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其特征在于，所述系统包括：/n预处理系统，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；/n热处理系统，混合后的上述反应物于所述热处理系统中进行充分反应；/n固体收集系统，其与所述热处理系统的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；/n以及气体收集系统，其与所述热处理系统的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的气体。/n

【技术特征摘要】
1.基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其特征在于，所述系统包括：
预处理系统，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；
热处理系统，混合后的上述反应物于所述热处理系统中进行充分反应；
固体收集系统，其与所述热处理系统的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；
以及气体收集系统，其与所述热处理系统的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的气体。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理系统包括所述生物质进行脱水处理。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理系统还包括：将所述铁基催化剂于500℃在氢气中还原2h处理。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物质和所述碱性试剂按照化学计量比例进行混合，所述铁基催化剂的添加量为所述生物质和所述碱性试剂总质量的5％-15％之间。


5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，在所述热处理系统中，混合后的所述反应物于500℃反应1h；或者，混合后的所述反应物于300℃反应2h。


6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，若所述生物质较干燥，则需补充蒸汽，以保持反应环境的湿度不低于10％但不高于30％。


7.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述固体残渣包括生物炭、碳酸钙镁、铁基催化剂的混合物。


8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括炼铁烧结系统，将所述固体残渣按照不超过30％的比例，混合到所述炼铁烧结系统中进行烧结矿制备并最终用于高炉还原。


9.根据权利要求1所述的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小舟，赵黄经，
申请(专利权)人：瀜矿环保科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31