以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭技术

本发明专利技术公开了一种以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭，包括以下步骤：S1，将生物质破碎后装入高压反应釜中，加水后将高压反应釜密封并设定反应温度；S2，通入高压过热蒸汽进行加热，达到设定的反应温度后进行保温炭化，得到生物质水热炭化液；S3，生物质水热炭化液经固液分离后得到生物质水热炭饼，将所述生物质水热炭饼干燥后得到生物质水热炭。本发明专利技术采用过热蒸汽作为生物质水热炭化的热源进行生物质水热炭化，具有原材料来源广泛，设备装置操作方法简单，加热效率高，能耗和生产成本低廉，生产过程污染物排放少的特点，易于推广使用。易于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭


[0001]本专利技术属于生物质提质利用
，尤其涉及一种以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭。

技术介绍

[0002]气候变化是目前全球经济社会发展面临的重大挑战，减少温室气体排放，遏制气候变暖是全人类共同的责任。我国近30年来在经济建设方面取得了巨大的成就的同时，能源消耗和CO2排放量也不断增加，其中钢铁工业能耗占全国工业能耗的16％左右，碳排放也占到全国工业总碳排放的15％左右。炼铁系统能量消耗和污染物排放占到钢铁工业能耗的70％以上，因此降低高炉能量消耗和CO2排放始终是钢铁工业节能减排工作的重点所在；与传统的煤炭等化石燃料相比，生物质资源是一种容量大、分布广、可再生的清洁能源，其碳中性的特性使得在工业利用过程中不会向大气中释放额外温室气体，对减缓全球日益严重的温室效应具有重要意义，生物质资源在炼铁的应用对钢铁行业消减煤炭消耗量将具有重要意义。
[0003]近年来众多研究者进行了生物质资源在炼铁领域的应用研究，其研究内容主要集中于四个方面：1)替代部分喷吹煤粉进行高炉喷吹；2)替代部分炼焦煤进行炼焦生产；3)替代部分焦粉或无烟煤应用于烧结或者球团工艺；4)制备生物质焦
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铁矿粉复合球团，用于直接还原炼铁工艺，研究结果表明生物质资源具有应用到炼铁生产中的潜力，为低碳炼铁技术的开发开辟了一条新的路径。但在实际的生产应用中也存在较多的问题，限制了其推广和应用：一方面生物质收集和加工成本较高，相对于煤粉的供应地集中，农林废弃物的产地分散，存在明显的区域性和季节性，使得工业化应用时大量收集、加工生物质资源存在成本高的问题；另一方面，从炼铁工艺应用技术角度来讲，生物质普遍具有水分含量高、固定碳含量和发热值低、能量密度不高的缺点，不能满足炼铁生产对燃料工艺性能的要求。对于前一问题，芬兰奥卢大学Hannu等人经过系统的研究，提供了一种比较科学的生物质热化学转化应用于钢铁生产的技术路线图，对生物质资源的综合利用提供了指导，并且指出在后京都时代，随着碳减排税的逐渐展开和实施，成本对生物质资源规模化应用的限制将逐渐弱化。而技术方面，生物质热解技术是目前提升生物质质量的主要措施，通过热解处理能够有效降低原始生物质样品中水分、挥发分含量，提高其能量密度，同时生成的生物质半焦还具有低灰分、低硫、高反应性的特点。高炉喷吹工艺要求喷吹燃料热值高、反应性强、灰分和硫含量低，其与生物质炭特点相似，并且喷吹与焦化，烧结和直接还原相比有工艺流程简单，使用量大的特点，因此将生物质炭成功应用于高炉喷吹工艺将是其在炼铁领域应用的关键。
[0004]水热炭化是近些年发展起来的一种有机可燃物炭化提质技术，水热炭化过程与热解炭化过程的重要区别为其所引发的反应是在高温液相水的介质下进行，处理条件温和、二次污染风险较小、能耗和成本低。水热炭化的核心装置为高压反应釜，为满足炭化的要求需要对含水物料进行加热，使其温度达到170℃
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330℃的温度，在高压的作用下形成亚临界
水，促进水热炭化反应的发生；进行水热炭化反应的关键提供亚临界水条件，需要对反应釜内的水进行加热，目前常用的加热方式包括电加热、导热油加热等。文献《低阶煤水热法干燥提质研究》中利用电加热反应釜对低阶煤进行了干燥提质处理，分析了干燥温度、煤样粒度、干燥时间对其干燥行为的影响，发现190℃的干燥温度对低阶煤干燥效果最好，提质后的低阶煤煤阶有所提升。文献《一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法》公开了一种微波辅助电加热加热进行水热炭化的方法，能够获得品质稳定，有效磷、有效氮含量高，具有良好的肥田效果的污泥炭。电加热方式以期简单灵活、操作容易的特点得到了广泛的使用，但其成本高、加热效率慢成为限制了其工业应用。能否利用钢铁企业丰富的过热蒸汽作为热源，加快生物质水热炭化反应、降低加工成本成为本专利技术要解决的核心问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭，采用过热蒸汽作为生物质水热炭化的热源进行生物质水热炭化，具有原材料来源广泛，设备装置操作方法简单，加热效率高，能耗和生产成本低廉，生产过程污染物排放少的特点，易于推广使用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，包括以下步骤：
[0008]S1，将生物质破碎后装入高压反应釜中，加水后将高压反应釜密封并设定反应温度；
[0009]S2，通入高压过热蒸汽进行加热，达到设定的反应温度后进行保温炭化，得到生物质水热炭化液；
[0010]S3，生物质水热炭化液经固液分离后得到生物质水热炭饼，将所述生物质水热炭饼干燥后得到生物质水热炭。
[0011]优选地，所述步骤S1中，所述生物质包括农业秸秆、林业废弃物的一种或多种混合。
[0012]优选地，所述步骤S1中，所述生物质破碎后的粒度＜80mm。
[0013]优选地，所述步骤S1中，所述生物质与所述水的质量比为0.8～1：2。
[0014]优选地，所述步骤S1中，所述反应温度为200～300℃。
[0015]优选地，所述步骤S2中，所述高压过热蒸汽的压力为3～10MPa，温度为380～600℃。
[0016]优选地，所述步骤S2中，保温炭化时间为20～120min。
[0017]优选地，所述步骤S2中，所述高压过热蒸汽与所述生物质的质量比为0.5～1.5：1。
[0018]本专利技术第二方面提供了一种生物质水热炭，所述生物质水热炭采用如本专利技术第一方面所述的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法制备而成。
[0019]优选地，所述生物质水热炭的水含量小于20wt％，干燥基固定碳大于40wt％，灰分小于5wt％，碱金属小于0.2wt％，硫含量小于0.3wt％，哈氏可磨性指数大于70，高位热值大于22000kJ/kg。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法及生物质水热炭，采用过热蒸汽作为生物质水热炭化的热源进行生物质水热炭化，具有原材料来源广泛，设备装置操作方法简单，加热效率高，能耗和生产成本低廉，生产过程污染物排放少的特点，易于推广使用。
具体实施方式
[0022]为了能更好地理解本专利技术的上述技术方案，下面结合实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0023]本专利技术所提供的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，包括以下步骤：
[0024]S1，将生物质破碎后装入高压反应釜中，加水后将高压反应釜密封并设定反应温度；
[0025]具体过程为：采用农业秸秆、林业废弃物的一种或多种混合作为生物质的原料，其中农业秸秆包括玉米秸秆、大豆秸秆等，林业废弃物包括废家具、废木料等；将生物质进行粗破碎，选择粒度＜80mm的生物质装入高压反应釜中，并添加一定量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将生物质破碎后装入高压反应釜中，加水后将高压反应釜密封并设定反应温度；S2，通入高压过热蒸汽进行加热，达到设定的反应温度后进行保温炭化，得到生物质水热炭化液；S3，生物质水热炭化液经固液分离后得到生物质水热炭饼，将所述生物质水热炭饼干燥后得到生物质水热炭。2.根据权利要求1所述的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述生物质包括农业秸秆、林业废弃物的一种或多种混合。3.根据权利要求1所述的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述生物质破碎后的粒度＜80mm。4.根据权利要求1所述的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述生物质与所述水的质量比为0.8～1：2。5.根据权利要求1所述的以过热蒸汽为热源的生物质水热炭化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述反应温...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓明，王广伟，熊林，王川，宁晓钧，王臣，王玉明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：