一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法。该方法通过向生物质炭化浆液中添加二氯甲烷，利用生物质水热炭亲油疏水特性，二氯甲烷置换出生物质水热炭中的水相，碱金属和氯元素也随水相而排出；对充分置换后的混合物进行抽滤，得到固体水热炭和滤液，滤液静置后进行分液处理，得到含生物质油二氯甲烷相；固体水热炭和含生物质油二氯甲烷相经过蒸馏、冷凝获得二氯甲烷，可循环使用，剩余物为生物质水热炭和生物质油。该方法能够有效降低生物质水热炭中的水分和有害元素含量，生物质水热炭的品质明显提高，工艺简单，操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法


[0001]本专利技术属于生物质能利用领域，特别涉及一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法。

技术介绍

[0002]生物质水热炭化是将生物质在亚临界水中进行热化学转化得到一种多孔生物质炭，并具有低灰、低有害元素、低硫、零碳排放物质，生物质水热炭化技术应用于炼铁生产中，相比于煤炭、天然气等传统化石燃料更加环保和低碳，对高炉炼铁生产实现能耗标杆值和减少碳排放具有重要的意义。近几年，生物质水热炭化技术相比于热解炭化技术能够有效脱除生物质原料中的碱金属元素的优势，开始越来越受到炼铁生产者的关注。
[0003]碱金属钾元素作为农林作物生长所需的营养元素，在农林废弃生物质中的含量在0.3%~1.5%，热解炭化过程碱金属元素多数残留在生物质热解炭中，造成制备获得的生物质热解炭中碱金属元素的含量经常超过1.1%，远高于高炉炼铁生产对燃料中碱金属含量的要求，造成生物质热解炭难以应用于炼铁生产。生物质水热炭化过程，可以将水溶性的碱金属元素脱除进入液相，进而降低生物质水热炭中碱金属含量，可以满足高炉生产的要求。生物质水热炭中碱金属的含量分为两部分，一部分为生物质炭基质中所携带的未能进入液相中的碱金属元素，另一部分为生物质水热炭多孔结构携带液相中所含量的碱金属含量。为减少水热炭化生产废液的产量生量，需要部分废液进行循环利用，经过循环使用的废液中碱金属元素含量逐渐增加，而烘干过程中生物质水热炭多孔结构携带水分中碱金属会富集到生物质水热炭上，成为限制进一步降低生物质水热炭有害元素含量的关键。
[0004]目前降低生物质水热炭中水分含量的方法主要为压滤。通过压滤处理，生物质水热炭的水分含量可以降低至40%左右，进一步增加压滤压力可以降低至30%左右。传统的加热干燥技术可以进一步降低生物质水热炭中水分含量，但会造成此部分水所携带的碱金属元素富集到水热炭中，加热干燥技术无法进一步降低生物质水热炭中碱金属的含量。如何解决生物质水热炭产品水分含量高、有害元素进一步脱除困难等问题，能否通过采用有机溶剂脱除生物质水热炭水分和有害元素的方法，并无报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，以解决上述现有技术存在的难题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，包括如下步骤：S1.生物质经过水热炭化反应后得到生物质水热炭化固液混合物，向混合物中加入二氯甲烷熔剂，均匀搅拌后进行液固分析，得到滤液和固体水热炭；所述的生物质包括农林废弃物、园林修剪物的一种或几种的混合物；S2.滤液经过静置后分层，利用分液器移除上层水相，得到含有生物质油的二氯甲
烷相，在40~50℃条件下蒸发去除二氯甲烷，得到生物质油；S3.在45~60℃条件下，蒸发去除固体水热炭中的二氯甲烷，得到低水分和有害元素含量的生物质水热炭。
[0007]进一步，所述S1中的农林废弃物、园林修剪物包括小麦秸秆、玉米秸秆、废木料。
[0008]进一步，所述S1中水热炭化反应为间歇式反应釜或连续式反应釜，水热炭化温度为200℃~260℃，水热炭化反应时间为30~90min，水热炭化液固比为3:1~6:1。
[0009]进一步，所述S1的生物质水热炭化液固混合物与二氯甲烷熔剂的体积比为1:1~1:3。
[0010]进一步，所述S2中的生物质油产率大于7%，碳含量大于75%，氢含量大于7%，氧含量小于20%，硫含量小于0.5%，水分含量小于5%，发热值高于28MJ/kg。
[0011]进一步，所述S3生物质水热炭产率大于40%，收到基水分含量小于18%，干燥基固定碳含量大于51.5%，干燥基灰分含量低于4.5%，干燥基碱金属（K+Na）含量小于0.2%，干燥基氯含量小于0.5%，干燥基硫含量低于0.2%，干燥基高位发热值大于24MJ/kg。
[0012]本专利技术的一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，其脱水原理为：生物质水热炭具有亲油疏水性能，因此项水热炭化产物中加入二氯甲烷后，二氯甲烷相与水不相溶，在搅拌的作用下生物质水热炭孔隙中大量的吸附水逐渐被二氯甲烷相置换。碱金属、氯等形成的盐易溶于水而难溶于二氯甲烷相，因此二氯甲烷置换水相的同时，将生物质水热炭水相所携带的有害元素进行脱除，进一步降低生物质水热炭中有害元素的含量。生物质水热炭化产物中油相在水中和二氯甲烷中溶解度的不同，更容易溶于二氯甲烷中，经过水相和二氯甲烷相分离后，采用蒸馏方式可以得到高品质生物质油。
[0013]本专利技术的优点：（1）以生物质废弃物为原料制备生物质水热炭，可以作为高炉炼铁燃料使用，减少炼铁生产碳排放；（2）产生的生物质水热炭经过二氯甲烷萃取后水分和有害元素含量明显降低，生物质水热炭品质明显提高；（3）二氯甲烷沸点为39.75
°
，采用二氯甲烷置换生物质水热炭中的水分后，生物质水热炭中二氯甲烷脱除所需的能耗低，脱除后的二氯甲烷可以回收循环利用；（4）工艺简单，操作方便，能耗和生产成本低，是一种降低生物质水热炭水分和有害元素含量，制备炼铁用高品质生物质水热炭的新途径。
具体实施方式
[0014]以下结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0015]一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，包括以下步骤：S1.生物质经过水热炭化反应后得到生物质水热炭化固液混合物，向混合物中加入二氯甲烷熔剂，均匀搅拌后进行液固分析，得到滤液和固体水热炭；S2.滤液经过静置后分层，利用分液器移除上层水相，得到含有生物质油的二氯甲烷相，在40
‑
50℃条件下蒸发去除二氯甲烷，得到生物质油；S3.在45
‑
60℃条件下，蒸发去除固体水热炭中的二氯甲烷，得到低水分和有害元素含量的生物质水热炭。
[0016]根据本公开实施例，所述S1中的生物质包括农林废弃物、园林修剪物的一种或几种混合物。
[0017]根据本公开实施例，所述S1中水热炭化反应为间歇式反应釜或连续式反应釜，水
热炭化温度为200℃
‑
260℃，水热炭化反应时间为30
‑
90min，水热炭化液固比为3:1~6:1。
[0018]根据本公开实施例，所述S1的生物质水热炭化液固混合物与二氯甲烷熔剂的体积比为1:1~1:3。
[0019]根据本公开实施例，所述S2中的生物质油产率大于7%，碳含量大于75%，氢含量大于7%，氧含量小于20%，硫含量小于0.5%，水分含量小于5%，发热值高于28MJ/kg。
[0020]根据本公开实施例，所述S3生物质水热炭产率大于40%，收到基水分含量小于18%，干燥基固定碳含量大于51.5%，干燥基灰分含量低于4.5%，干燥基碱金属（K+Na）含量小于0.2%，干燥基氯含量小于0.5%，干燥基硫含量低于0.2%，干燥基高位发热值大于24MJ/kg。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，其特征在于包括以下步骤：S1.生物质经过水热炭化反应后得到生物质水热炭化固液混合物，向混合物中加入二氯甲烷熔剂，均匀搅拌后进行液固分析，得到滤液和固体水热炭；所述的生物质包括农林废弃物、园林修剪物的一种或几种的混合物；S2.滤液经过静置后分层，利用分液器移除上层水相，得到含有生物质油的二氯甲烷相，在40~50℃条件下蒸发去除二氯甲烷，得到生物质油；S3.在45~60℃条件下，蒸发去除固体水热炭中的二氯甲烷，得到低水分和有害元素含量的生物质水热炭。2.根据权利要求1所述的一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，其特征在于：所述S1中的生物质包括农林废弃物、园林修剪物的一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种降低炼铁用生物质水热炭水分和有害元素含量的方法，其特征在于：所述S1中水热炭化反应为间歇式反应釜或连续式反应釜，水热炭化温度为200℃~260...

【专利技术属性】
技术研发人员：但家云，邹凡球，徐益军，宁晓钧，王广伟，李仁国，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：