生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，通过将生物质合成气制备单元与高炉结合，制备的生物质合成气代替煤粉直接喷吹入高炉；同时高炉冶炼产生的炉顶煤气和熔渣显热转换的水蒸气循环应用至生物质合成气制备单元中，作为气化剂用于制备合成气；并依据高炉冶炼的能质平衡模型，计算出理论上高炉喷吹的最佳H2/CO体积比，进而调整生物质合成气制备单元的工艺参数及对应的喷吹量，制得更适合高炉喷吹的生物质合成气，实现生物质合成气与高炉的能质耦合。本发明专利技术将生物质合成气制备和高炉冶炼耦合，不仅减少了能量损失，降低了生物质合成气和高炉生产成本，同时实现了高炉冶炼的最低能耗和碳排放，达到了节能减排的目的。了节能减排的目的。了节能减排的目的。

【技术实现步骤摘要】
生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺


[0001]本专利技术涉及高炉冶炼
，尤其涉及一种生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺。

技术介绍

[0002]高炉
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转炉是我国当前和今后很长的一段时期内的最重要的钢铁生产工艺，作为以碳冶金为基础的钢铁行业，高炉炼铁占钢铁工业能源消耗和碳排放的70％左右，是节能减排的主战场。在高炉喷吹工序上，需要消耗大量的煤粉来降低焦比，从而减少炼焦污染和提高钢铁企业经济效益。煤粉燃烧过程中产生的H2可以增加煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于铁矿石的还原，改善炉料的透气性和操作指标。但我国优质煤炭资源储量不足8％，且高炉喷吹煤粉本质上还是消耗不可再生的化石能源。当前提出了“以氢代煤”的氢冶金，利用H2取代碳作为还原剂和能量源炼铁，还原产物为水，可实现高炉炼铁的碳零排放。但是由于高炉内部冶炼的复杂性，为满足铁矿石还原的动力学和热力学条件，需要一定比例的CO和H2进行混合喷吹，以实现高炉冶炼效率最大化。
[0003]生物质是仅次于煤、石油和天然气的第四大资源，但当前的生物质资源利用率较低。传统的生物质气化技术在进行实际工业应用的过程中，还存在以下几个主要问题：(1)生物质灰熔点低、碱金属元素含量高，直接燃烧易结焦和产生高温碱金属元素腐蚀；(2)气化设备对原料的要求较高，气化效率低；(3)燃气中焦油含量高，合成气的品质和热值不高。因为生物质合成气具有清洁环保的优势，同时利用H2和CO进行喷吹能增加炉内还原煤气量，促进间接还原发展，减少焦比，为高富氧和高风温创造条件，也最大程度减少能源消耗和碳排放。所以，降低合成气焦油含量、提高气化效率是今后利用生物质气化技术的主要研究方向；定向制备满足高炉冶炼要求的生物质合成气，实现生物质合成气与高炉的能质耦合，是将生物质应用于高炉工序的关键。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种改进的生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，通过将生物质合成气制备单元与高炉相结合，制得的生物质合成气代替煤粉直接喷吹入高炉，用于高炉冶炼；而高炉冶炼过程中产生的熔渣显热和炉顶煤气循环应用于生物质合成气的制备工艺中，实现生物质合成气与高炉的能质耦合；本专利技术的方法能够减少生物质合成气和高炉的生产成本，减少热量损失，并实现冶炼条件下的最低能耗。
[0006]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定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，根据高炉冶炼的能质平衡模型，实现生物质合成气与高炉的能质耦合；包括以下步骤：
[0007]S1、构建生物质合成气定向制备与高炉冶炼的耦合系统，包括依次连通的生物质
合成气制备单元、合成气输送单元和高炉；所述合成气输送单元与所述高炉的喷吹系统连通，用于将制得的生物质合成气直接输送至所述高炉进行喷吹；所述高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，用于将高炉冶炼产生的炉顶煤气作为生物质合成气制备的气化剂循环利用；
[0008]S2、建立高炉冶炼的能质平衡模型，计算出所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比，并根据该体积比确定喷吹的生物质合成气的指标参数以及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下所述高炉的炉顶煤气参数；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、水蒸气、CO和H2的各组分含量；
[0009]S3、根据步骤S2的所述生物质合成气的指标参数，调整所述生物质合成气制备单元的工艺参数，将生物质原料高温气化，制备出适合高炉喷吹的生物质合成气，并按所述对应的喷吹量进行高炉喷吹；同时，所述高炉冶炼产生的炉顶煤气直接输送至所述生物质合成气制备单元循环利用，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，使制备的所述生物质合成气的指标参数符合所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比范围为(0.1～1):1。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比由所述能质平衡模型结合能耗值、碳排放量及理论燃烧温度计算得出；所述碳排放量低于1200kg/t，所述能耗值低于380kgce/t；所述理论燃烧温度为不低于2100℃；所述能质平衡模型为：结合高炉原料成分、预设生铁成分、鼓风参数建立铁素流和碳素流的流转演变路径模型，并根据热收入和热支出建立能质平衡模型。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述高炉出渣口还设置水冷装置，所述水冷装置与所述生物质合成气制备单元之间设置热交换单元；所述热交换单元将高炉熔渣的显热转换为水蒸气输送至所述生物质合成气制备单元的气化剂入口循环利用。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述生物质合成气的指标参数还包括所述生物质合成气中H2和CO的总含量；在步骤S3中，所述生物质合成气制备单元的工艺参数的包括：生物质原料的组分，生物质的气化温度，生物质气化过程中的固相停留时间，气化剂的组分及含量和生物质气化的催化剂。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述气化温度为1000～1500℃；所述固相停留时间为1～3min；所述气化剂的组分包括水蒸气、二氧化碳和炉顶煤气，所述水蒸气与所述生物质原料的质量比为0.5～2.5。
[0015]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。
[0016]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％～12wt％，碳含量为62wt％～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，并确定相应的生物质富氢微粉的制备工艺参数。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述气相变压闪蒸具体为：降低所述生物质的粒度大小和水分含量，并将其依次置于至少两个串联的亚临界气相反应器中，进行逐级降压闪蒸，以使所述生物质脱水、脱氧提氢提碳，得到所述生物质富氢微粉。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，亚临界气相反应器中所用气相介质包括水蒸气、炉顶煤气，所述水蒸气包括由高炉熔渣显热转换得到的水蒸气，所述炉顶煤气由高炉冶炼产生
并循环供应；所述串联的亚临界气相反应器中，第一亚临界气相反应器的温度为220～300℃，压力为2.0～3.0MPa，处理时间为15～40min；第二亚临界气相反应器的温度120～160℃，压力为1.0～1.6MPa，处理时间为5～60min。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术的一种生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，通过将生物质合成气制备单元与高炉相结合，制得的生物质合成气代替煤粉直接进行高炉喷吹，用于高炉冶炼；同时，高炉冶炼过程中产生的熔渣显热经过热交换单元转换为水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，其特征在于，根据高炉冶炼的能质平衡模型，实现生物质合成气与高炉的能质耦合；包括以下步骤：S1、构建生物质合成气定向制备与高炉冶炼的耦合系统，包括依次连通的生物质合成气制备单元、合成气输送单元和高炉；所述合成气输送单元与所述高炉的喷吹系统连通，用于将制得的生物质合成气直接输送至所述高炉进行喷吹；所述高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，用于将高炉冶炼产生的炉顶煤气作为生物质合成气制备的气化剂循环利用；S2、建立高炉冶炼的能质平衡模型，计算出所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比，并根据该体积比确定喷吹的生物质合成气的指标参数以及对应的喷吹量，然后确定当前生产条件下所述高炉的炉顶煤气参数；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、水蒸气、CO和H2的各组分含量；S3、根据步骤S2的所述生物质合成气的指标参数，调整所述生物质合成气制备单元的工艺参数，将生物质原料高温气化，制备出适合高炉喷吹的生物质合成气，并按所述对应的喷吹量进行高炉喷吹；同时，所述高炉冶炼产生的炉顶煤气直接输送至所述生物质合成气制备单元循环利用，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，使制备的所述生物质合成气的指标参数符合所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比。2.根据权利要求1所述的生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，其特征在于，所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比范围为(0.1～1):1。3.根据权利要求1所述的生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，其特征在于，所述高炉喷吹的最佳H2/CO体积比由所述能质平衡模型结合能耗值、碳排放量及理论燃烧温度计算得出；所述碳排放量低于1200kg/t，所述能耗值低于380kgce/t；所述理论燃烧温度不低于2100℃；所述能质平衡模型为：结合高炉原料成分、预设生铁成分、鼓风参数建立铁素流和碳素流的流转演变路径模型，并根据热收入和热支出建立能质平衡模型。4.根据权利要求1所述的生物质合成气定向制备与高炉冶炼耦合联产新工艺，其特征在于，所述高炉出渣口还设置水冷装置，所述水冷装置与所述生物质合成气制备单元之间设置热交换单元...

【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：