生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法技术

本发明专利技术提供了一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以生物质合成气为气基竖炉喷吹原料，搭建气基竖炉循环喷吹系统，将炉顶煤气作为生物质气化的气化剂来源和热量来源，并以气基竖炉的生产参数为导向，以碳排放量和热耗值为约束目标，确定最佳H2和CO比值，然后进行合成气气化工艺的定向设计，实现生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合。以此种约束流程得到的H2和CO比值，在尽可能地降低碳排放和能耗的同时，还能保证还原率，设计流程更加科学合理，且容易操作，最终能够显著降低碳排放量以及能耗，经济效益显著。经济效益显著。经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法


[0001]本专利技术涉及竖炉炼铁
，尤其涉及一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法。

技术介绍

[0002]非高炉炼铁技术包括直接还原和熔融还原两大工艺，能使钢铁工业的发展可以摆脱焦煤资源短缺的羁绊，取消了烧结及焦化工艺环节后能有效降低钢铁流程的产品综合能耗。其中基于氢冶金的气基竖炉直接还原
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电炉短流程可节省能耗40％、减少碳排放50％。我国多煤少气少油的能源结构特点，使得竖炉的气源需要转向煤制气、焦炉煤气和熔融还原尾气来代替天然气。但这些本质仍是属于化石能源，会带来能源消耗和碳排放。
[0003]生物质能具有环境友好、成本低廉和碳中性的优势特点，迫于能源短缺与环境恶化的双重压力，各国政府高度重视生物质资源的开发和利用。近年来，全球生物质能的开发利用技术取得了飞速发展，应用成本快速下降，以生物质产业为支撑的“生物质经济”被国际学界认为是正在到来的“接棒”石化基“烃经济”的下一个经济形态。生物质经过热解气化获得的以CO和 H2为主的合成气后利用效率高，用途广泛，既可供生产、生活直接燃用，也可用来发电进行热电联产联供，从而实现生物质的高效清洁利用。生物质合成气利用与气基竖炉，将是钢铁行业进一步实现低碳绿色发展的关键。
[0004]由于合成气中氢气作为还原剂是吸热反应，CO作为还原剂是防热反应，但CO过多会提高碳排放量，不符合低碳减排的目标要求，氢气过多又会提高热耗值，因此H2和CO的比例对喷吹效益具有重要影响，如何实现生物质合成气与气基竖炉的耦合喷吹是亟待解决的问题。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以低碳减排和低能耗为喷吹目标，设计出一套气基竖炉循环喷吹系统，并根据此系统设计出一种高度耦合喷吹方法，以实现生物质合成气在气基竖炉中的高效利用。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，包括以下步骤：
[0008]S1.搭建气基竖炉循环喷吹系统：包括依次连通的生物质合成气制备单元、喷吹单元和气基竖炉；所述气基竖炉的炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元的气化剂入口相连通，用于为所述生物质合成气制备单元提供气化剂来源和热量来源；
[0009]S2.根据所述气基竖炉的生产参数，确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下的炉顶煤气参数；其中，所述生物质合成气的指标参数包
括生物质合成气中H2和CO的体积比；所述炉顶煤气参数包括 CO2和水蒸气的体积比；
[0010]S3.根据所述H2和CO的体积比，确定所述生物质合成气制备单元的工艺参数，然后按所述工艺参数，将生物质原料高温裂解，得到生物质合成气；再通过所述喷吹单元将所述生物质合成气喷吹至所述气基竖炉内，将含铁矿石还原得到高温海绵铁；与此同时，所述气基竖炉产生的炉顶煤气循环输送至所述生物质合成气制备单元，并根据所述炉顶煤气参数调控所述生物质合成气制备单元的工艺参数。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述H2和CO的体积比范围为(1.5
‑
2.0):1。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元之间还设有脱碳单元，用于根据所述生物质合成气制备单元的工艺参数，调节所述CO2和水蒸气的体积比。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述气基竖炉循环喷吹系统还包括设置于所述气基竖炉的出渣口与所述生物质合成气制备单元之间的水蒸气热交换单元；所述水蒸气热交换单元吸收竖炉渣的显热，然后输送至所述生物质合成气制备单元的气化剂入口。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质原料为原生态生物质或预处理生物质；所述预处理生物质为通过气相变压闪蒸得到的生物质富氢微粉。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质富氢微粉的氧含量低于25wt％，氢含量为5wt％
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12wt％，碳含量为62wt％
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68wt％；根据所述生物质合成气中H2和 CO的体积比，确定所述生物质富氢微粉的最佳元素比。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述气相变压闪蒸包括：将原生态生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使所述生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；所述结构重组包括加氢提质和脱氧提碳；
[0017]所述高温高压过热气相反应器的个数≥2，且第一级所述高温高压过热气相反应器的温度大于220℃，压力大于2.0MPa，停留时间为5
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30min；第二级所述高温高压过热气相反应器的温度为140
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160℃，压力为1.2
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1.4MPa，停留时间为 5
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60min；所述高温高压过热气相反应器中的气相介质包括过热蒸汽、二氧化碳、氨气、甲烷、页岩气和焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述生物质合成气的指标参数还包括生物质合成气中H2和CO的总含量；步骤S3中所述生物质合成气制备单元的工艺参数包括气化剂组成、气化温度、气化时间；通过提高所述气化温度、延长所述气化时间或者增加所述气化剂中水蒸气的含量，以提高合成气中H2的含量。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述生产参数包括原料的化学组分、DRI化学组分、含铁炉料的单位时间投料量、碳排放量、热耗值；以所述碳排放量和热耗值为约束目标，进而确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量；其中，所述碳排放量低于500kg/t，所述热耗值低于360kgce/t。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质合成气制备单元和所述喷吹单元之间还设有合成气净化单元，用于将生物质合成气除尘净化后再喷吹。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本专利技术提供的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，以生物质合成气为气基竖炉喷吹原料，搭建气基竖炉循环喷吹系统，将炉顶煤气作为生物质气化的气化剂来源和
热量来源，并以气基竖炉的生产参数为导向，以碳排放量和热耗值为约束目标，确定最佳H2和CO比值，然后进行合成气气化工艺的定向设计，实现生物质气化工艺与气基竖炉工艺耦合，最终能够显著降低碳排放量以及能耗，经济效益显著。
[0023]2.本专利技术根据气基竖炉的含铁炉料投料参数，首先以还原率达到90％以上为目标，依据能质平衡原理，计算得到合成气用量初始范围值；接着，以碳排放量和热耗值为约束目标，在合成气用量初始范围值内得到碳排放量和热耗值均在约束值内的H2和CO比值，最后再从该比值范围内，选取碳排放量最低的比值，作为最后的H2和CO比值，进行后续气化工艺的设计。以此种约束流程得到的 H2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.搭建气基竖炉循环喷吹系统：包括依次连通的生物质合成气制备单元、喷吹单元和气基竖炉；所述气基竖炉的炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元的气化剂入口相连通，用于为所述生物质合成气制备单元提供气化剂来源和热量来源；S2.根据所述气基竖炉的生产参数，确定所需生物质合成气的指标参数及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下的炉顶煤气参数；其中，所述生物质合成气的指标参数包括生物质合成气中H2和CO的体积比；所述炉顶煤气参数包括CO2和水蒸气的体积比；S3.根据所述H2和CO的体积比，确定所述生物质合成气制备单元的工艺参数，然后按所述工艺参数，将生物质原料高温裂解，得到生物质合成气；再通过所述喷吹单元将所述生物质合成气喷吹至所述气基竖炉内，将含铁矿石还原得到高温海绵铁；与此同时，所述气基竖炉产生的炉顶煤气循环输送至所述生物质合成气制备单元，并根据所述炉顶煤气参数调控所述生物质合成气制备单元的工艺参数。2.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述H2和CO的体积比范围为(0.5
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2.0):1。3.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述炉顶煤气出口与所述生物质合成气制备单元之间还设有脱碳单元，用于根据所述生物质合成气制备单元的工艺参数，调节所述CO2和水蒸气的体积比。4.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述气基竖炉循环喷吹系统还包括设置于所述气基竖炉的出渣口与所述生物质合成气制备单元之间的水蒸气热交换单元；所述水蒸气热交换单元吸收竖炉渣的显热，然后输送至所述生物质合成气制备单元的气化剂入口。5.根据权利要求1所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述生物质原料为原生态生物质或预处理生物质；所述预处理生物质为通过气相变压闪蒸得到的生物质富氢微粉。6.根据权利要求5所述的生物质合成气用于气基竖炉喷吹的方法，其特征在于，所述生物质富氢微粉的氧含量低于25wt％，氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐润生，张建良，叶涟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：