【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料生产技术，具体涉及一种制备冶金用生物质燃料的方法及系统，属于冶金燃料生产。
技术介绍
1、钢铁行业是高能耗的行业，其碳排放占全国碳排放总量的15％左右，仅次于火电行业，是制造业31个门类中碳排放最大的行业。钢铁行业目前使用的能源主要是化石能源，尤其是煤炭，广泛应用于焦化、烧结、高炉、炼钢等各个工序。钢铁行业要实现“碳达峰、碳中和”的目标，必须对能源结构进行必要的改革。
2、生物质能是一种清洁能源，也是唯一一种可再生的碳源，其来源广泛、储量巨大，全世界每年生产的干生物质有1700亿吨，而目前的已利用量只有13亿吨。生物质燃料普遍具有低s、低n的特点，可以从源头上降低氮硫污染物的产生，更重要的是，生物质燃料目前被认为是一种“零碳”燃料，因为其燃烧释放的co2等于其生长周期内吸收的co2，全生物质全生命周期来讲可以认为是不对环境额外释放co2，因此被认为是一种“co2零排放”的环境友好型能源。
3、把生物质应用于钢铁行业替代传统的化石燃料，可以提高生物质燃料的利用效率，从源头上降低钢铁行业的碳排放水平。但是生物质因为存在挥发分高、碱金属含量高、能量密度低、强度低、燃烧速率过快等问题，一般不能直接在钢铁生产中使用。生物质并不能直接用于钢铁生产，主要是对钢铁流程而言生物质还存在一些缺陷：①挥发分高，生物质一般具有较高的挥发分，这些挥发分在钢铁流程的高温环境中易析出，容易导致烟气中co浓度上升，且挥发分中往往含有很多焦油，在后续的管道中容易冷凝下来，造成设备腐蚀、粘结，因此冶金流程对入炉燃料的挥发分
4、cn110699142b公布了一种采用尾矿渣与生物质混匀压块后，进行低温和高温炭化处理的生物质预处理方法，对去除生物质挥发分可能有一定效果，但是对生物质粉末与尾矿渣直接混匀存在密度差太大而混匀困难的问题，且热解后的生物质孔隙大，反应速率依然比较快；且未对生物质脱碱金属以及未对反应产生的生物油和热解气进行综合利用，产品较单一，资源利用率较低。
技术实现思路
1、针对现有技术中，由于生物质因存在挥发分高、碱金属含量高、能量密度低、强度低、燃烧速率过快而不能直接在钢铁生产中使用的问题，本专利技术的目的是提供一种制备冶金用生物质燃料的方法及系统，本专利技术制备获得的生物质燃料具有挥发分低、碱金属含量低、强度高，燃烧速率低、能量密度高的特点，整体性质接近焦炭，具备大比例替代焦炭的潜力，是一种可直接用于钢铁流程的清洁能源。
2、为实现上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案具体如下：
3、根据本专利技术的第一种实施方案，提供一种制备冶金用生物质燃料的方法：
4、一种制备冶金用生物质燃料的方法，该方法包括以下步骤：
5、1)将生物质进行干燥和破碎处理，获得生物质干粉。
6、2)将生物质干粉进行热解处理，获得生物炭、热解气以及生物油。
7、3)将生物炭进行水洗处理，获得水洗炭和含盐废水。
8、4)向水洗炭中加入生石灰并混合均匀，获得消化料。
9、5)将步骤2)获得的生物油进行分馏处理，获得轻质水、轻质油和重质油。然后将消化料与轻质油混合进行蒸馏处理，获得蒸馏炭和轻生物油。
10、6)向蒸馏炭中加入重质油及含铁固废进行混合造球处理，获得炭铁生球团。
11、7)将炭铁生球团进行炭化处理，获得生物质燃料。
12、作为优选，该方法还包括：
13、8)将步骤2)获得的热解气作为燃料进行燃烧后获得高温烟气，将高温烟循环用于生物质干粉的热解处理和/或用于炭铁生球团的炭化处理。热解处理和/或炭化处理过程中排放的中温烟气循环用于生物质的干燥处理和/或用于后续的浓缩脱盐处理。
14、作为优选，9)将含盐废水循环用于生物炭的水洗处理，获得高盐废水，然后将高盐废水进行浓缩脱盐处理，获得混合盐和冷凝水。优选，将冷凝水、轻质水循环作为生物炭的水洗用水。
15、作为优选，在步骤1)中，所述干燥和破碎处理具体为：将生物质先在90-160℃温度下干燥0.3-3h(优选为在105-140℃温度下干燥0.5-2h)，然后再将干生物质破碎至粒度小于1.5mm(优选为粒度小于1mm)后得到生物质干粉。
16、作为优选，在步骤1)中，生物质干粉的含水量不高于5wt％，优选为0.5-3wt％。
17、作为优选，在步骤2)中，所述热解处理具体为：将生物质干粉在隔绝氧气的环境中于600-900℃温度下热解0.1-2h(优选为于700-800℃温度下热解0.3-1h)。热解过程中产生的气体为热解气，产生的液体为生物油，残留的固体为生物炭。
18、作为优选，在步骤2)中，生物炭中挥发分的质量含量低于10％，优选为3-8％。
19、作为优选，在步骤3)中，所述水洗处理的固液质量比为1:2-8，优选为1:3-6。水洗时间不低于10min，优选为30-60min。
20、作为优选，在步骤4)中，所述水洗炭的含水量低于30wt％，优选为10-20wt％。所述生石灰的加入量为水洗炭总质量的3-12％，优选为5-10％。
21、作为优选，在步骤5)中，所述分馏处理具体为：先将生物油在100-150℃温度下进行分馏至生物油质量几乎不再变化，得到轻质水和油份，然后再将油份在250-350℃温度下进行分馏至油份质量几乎不再变化，得到轻质油和重质油。
22、需要说明的是，在本专利技术中，分馏处理的时间跟被分馏的物料总量有关，物料总量越多，需要分馏的时间就会越长。一般的，单次分馏结束的判断条件是被分馏的物料质量基本达到恒重，即其质量不再发生变化即可。
23、作为优选，在步骤5)中，所述蒸馏处理具体为：将消化料与轻质油组成的混合物在200-300℃温度下蒸馏20-60min(优选为在240-280℃温度下蒸馏30-50min)后得到蒸馏炭和轻生物油。
24、作为优选，在步骤5)中，消化料与轻质油的混合质量比为1:1-10，优选为1:2-7。
25、作为优选，在步骤6)中，重质油的加入量为蒸馏炭总质量的8-20％，优选为10-15％。
26、在步骤6)中，含铁固废的加入量为使得混合料中含铁化合物与生石灰的摩尔比为0.5-2:1，优选为0.8-1.5:1。
27、作为优选，在步骤6)中，所述造球处理为挤压造球，挤压造球的压力不低于10mpa，优选为12-20mpa。挤压造球的时间为30-120s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备冶金用生物质燃料的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述干燥和破碎处理具体为：将生物质先在90-160℃温度下干燥0.3-3h(优选为在105-140℃温度下干燥0.5-2h)，然后再将干生物质破碎至粒度小于1.5mm(优选为粒度小于1mm)后得到生物质干粉；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述热解处理具体为：将生物质干粉在隔绝氧气的环境中于600-900℃温度下热解0.1-2h(优选为于700-800℃温度下热解0.3-1h)；热解过程中产生的气体为热解气，产生的液体为生物油，残留的固体为生物炭；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述水洗处理的固液质量比为1:2-8，优选为1:3-6；水洗时间不低于10min，优选为30-60min；和/或
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤5)中，所述
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤6)中，重质油的加入量为蒸馏炭总质量的8-20％，优选为10-15％；和/或
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤7)中，所述炭化处理具体为：将炭铁生球团在500-900℃温度下炭化10-90min(优选为在600-850℃温度下炭化20-60min)后得到生物质燃料。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤8)中，将热解气作为热风炉的燃料与助燃空气在热风炉内进行燃烧获得800-1000℃(优选为850-950℃)的高温烟气；和/或
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤9)中，高盐废水的浓缩倍数为2-8倍，优选为3-6倍；和/或
11.一种用于权利要求1-10中任一项所述方法的系统，其特征在于：该系统包括干燥装置(1)、破碎装置(2)、热解装置(3)、水洗压滤装置(4)、混合消化装置(5)、蒸馏装置(6)、混料造球装置(7)以及炭化装置(8)；干燥装置(1)、破碎装置(2)、热解装置(3)、水洗压滤装置(4)、混合消化装置(5)、蒸馏装置(6)、混料造球装置(7)、炭化装置(8)依次串联设置；所述热解装置(3)和炭化装置(8)均为间壁式换热装置。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：该系统还包括有热风炉(9)；热风炉(9)的热风出口通过热风输送管道分别与热解装置(3)和炭化装置(8)的热风入口相连通；热解装置(3)和炭化装置(8)的热风出口通过热风输送管道与干燥装置(1)的热风入口相连通；干燥装置(1)的出风口通过排风管与烟囱相连接；
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特在于：该系统还括有分馏装置(10)；热解装置(3)的出油口通过输油管道与分馏装置(10)的进料口相连通；分馏装置(10)的轻水出口通过输水管道与水洗压滤装置(4)的进水口相连通；分馏装置(10)的轻油出口通过输油管道与蒸馏装置(6)的进料口相连通；蒸馏装置(6)的重油出口通过输油管道与混料造球装置(7)的进料口相连通。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的系统，其特征在于：该系统还包括有浓缩分盐装置(11)；水洗压滤装置(4)的滤液出口通过输水管道与浓缩分盐装置(11)的进料口相连通；优选，水洗压滤装置(4)的滤液出口还通过循环输水管与水洗压滤装置(4)的进水口相连通。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：该系统还包括有冷凝装置(12)；干燥装置(1)和浓缩分盐装置(11)的水汽出口均通过输汽管道与冷凝装置(12)的进汽口相连通；冷凝装置(12)的出水口通过输水管道与水洗压滤装置(4)的进水口相连通。
...【技术特征摘要】
1.一种制备冶金用生物质燃料的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述干燥和破碎处理具体为：将生物质先在90-160℃温度下干燥0.3-3h(优选为在105-140℃温度下干燥0.5-2h)，然后再将干生物质破碎至粒度小于1.5mm(优选为粒度小于1mm)后得到生物质干粉；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述热解处理具体为：将生物质干粉在隔绝氧气的环境中于600-900℃温度下热解0.1-2h(优选为于700-800℃温度下热解0.3-1h)；热解过程中产生的气体为热解气，产生的液体为生物油，残留的固体为生物炭；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述水洗处理的固液质量比为1:2-8，优选为1:3-6；水洗时间不低于10min，优选为30-60min；和/或
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤5)中，所述分馏处理具体为：先将生物油在100-150℃温度下进行分馏，得到轻质水和油份，然后再将油份在250-350℃温度下进行分馏，得到轻质油和重质油；和/或
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤6)中，重质油的加入量为蒸馏炭总质量的8-20％，优选为10-15％；和/或
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤7)中，所述炭化处理具体为：将炭铁生球团在500-900℃温度下炭化10-90min(优选为在600-850℃温度下炭化20-60min)后得到生物质燃料。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：在步骤8)中，将热解气作为热风炉的燃料与助燃空气在热风炉内进行燃烧获得800-1000℃(优选为850-950℃)的高温烟气；和/或
10.根据权利要求1-9...
【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，王兆才，冷尔唯，周浩宇，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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