生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法技术

本发明专利技术提供了一种生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法。该方法采用气相变压闪蒸技术制备生物质富氢微粉，并制备出制备参数符合要求的生物质合成气；然后将制备的生物质合成气一部分作为载气与预处理后的生物质富氢微粉混合后直接喷入高炉风口，另一部分经过预热后通过炉身喷吹的方式喷入高炉内部；同时对高炉进行上部调节和下部调节，以保证高炉冶炼过程正常进行，并对高炉冶炼产生的熔渣显热和炉顶煤气进行回收。通过上述方式，本发明专利技术能够利用生物质富氢微粉与生物质合成气的复合喷吹，对高炉进行协同调节，从而在保证高炉生产稳定顺行的条件下，有效提升生物质的综合利用效率，并降低高炉生产的碳排放量。并降低高炉生产的碳排放量。并降低高炉生产的碳排放量。

【技术实现步骤摘要】
生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法


[0001]本专利技术涉及高炉喷吹
，尤其涉及一种生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法。

技术介绍

[0002]高炉炼铁是一项高排放、高能耗的工序，现阶段高炉的喷吹燃料以烟煤和无烟煤等化石燃料为主，导致钢铁企业在目前“双碳”背景下面临着严峻的挑战。在此条件下，加快钢铁企业能源结构调整，推动可再生清洁能源来代替传统化石能源，实现钢铁生产过程环境友好、能源可持续利用，是钢铁企业低碳绿色高质量发展的必由之路。生物质作为一种碳中性、环境友好的可再生能源，相比煤有着燃烧反应性好、低碳排放、来源广泛可再生等优势。倘若将其应用于高炉喷吹，不仅能够消纳大量的生物质资源，同时也能促进钢铁企业进行技术革新，降低铁水成本，提高企业竞争力，以达到“碳达峰”、“碳中和”的战略目标。因此，如何将生物质有效应用于高炉喷吹已成为当前的研究重点。
[0003]近年来，随着对生物质能的持续开发利用，对生物质在钢铁冶金领域的高效应用技术的研究也逐渐深入，各项生物质预处理技术正不断发展成熟。例如，公开号为CN110218826A的专利提供了一种生物质水热炭进行高炉喷吹的方法，该专利考虑了生物质水热炭化处理以及生物质水热炭制粉、输送混合喷吹对高炉冶炼关键工艺参数的影响，形成了一套生物质水热炭进行高炉喷吹的最佳利用方法。但是，目前的水热炭化技术仍面临着液态产物难以处理、工艺成本较高等问题，限制了生物质水热炭在高炉喷吹领域的工业化大规模应用。因此，有必要对现有的水热炭化技术进行改进，以制备能够代替化石能源用于高炉喷吹且更适合工业化生产的生物质粉体。
[0004]此外，生物质气化也是一种较为常见的预处理方式，通过将收集到的生物质放置在气化炉内，经过高温干馏等处理，使其自身所含的大分子裂解，生成具有一氧化碳、高氢气的高附加值生物质合成气。然而，目前生物质合成气的产量无法满足大规模的工业应用，如何将生物质合成气与生物质粉体进行复合喷吹已成为新的研究方向。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的生物质粉体与生物质合成气复合喷吹的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法。通过采用气相变压闪蒸技术将生物质制备成热值高、碱金属元素含量低的生物质富氢微粉，并制备出指标参数符合要求的生物质合成气，利用生物质富氢微粉与生物质合成气的复合喷吹，对高炉进行协同调节，从而在保证高炉生产稳定顺行的条件下，有效提升生物质的综合利用效率，并降低高炉生产的CO2排放量。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，包括如下步骤：
[0008]S1、采用气相变压闪蒸技术，制备生物质富氢微粉；
[0009]S2、将生物质原料高温裂解，制备指标参数符合要求的生物质合成气；
[0010]S3、对步骤S1制备的所述生物质富氢微粉进行脱水预处理；将步骤S2制备的所述生物质合成气中的一部分作为载气，与所述脱水预处理后的所述生物质富氢微粉混合后喷吹入高炉风口；所述生物质合成气的另一部分经预热后通过炉身喷吹的方式喷入高炉内部；
[0011]S4、在喷吹过程中，对高炉进行上部调节和下部调节，以确保高炉冶炼过程正常进行；
[0012]S5、对高炉冶炼产生的熔渣进行显热回收，并对高炉冶炼过程中产生的炉顶煤气进行回收。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述生物质富氢微粉的制备方法具体为：
[0014]降低生物质的粒度大小和水分含量后，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、脱氧加氢提碳，得到所述生物质富氢微粉。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，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10～30min。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述生物质富氢微粉的C、H、O元素含量分别为60％～70％、6％～15％、15％～25％，发热量不低于24MJ/kg，碱金属元素含量小于0.3％，体积密度为0.4～0.5kg/m3。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述生物质原料为步骤S1制备的所述生物质富氢微粉。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述指标参数根据高炉的生产参数确定，包括生物质合成气中H2和CO的体积比。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质合成气中H2和CO的体积比为(1.5～2.0):1。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述生物质富氢微粉与作为载气的生物质合成气的比例为6:1～8:3，作为载气的生物质合成气与通过炉身喷吹的方式喷入高炉内部的生物质合成气的体积比为0.4:0.6～0.6:0.4。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S4中，所述上部调节的方式为增加边缘矿石批重或中心加焦进行疏松；所述下部调节包括增大直吹管的管径和喷枪的口径、增加鼓风富氧率、提高热风温度，所述直吹管的管径和喷枪的口径增大1.2～2倍。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质富氢微粉和所述生物质合成气的制备工艺流程嵌布至高炉炼铁厂中，以便将步骤S5中回收的显热和所述炉顶煤气循环应用于所述生物质富氢微粉和所述生物质合成气的制备过程中。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)本专利技术提供的生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，通过采用气相变压闪蒸技术使生物质脱水、脱氧加氢提碳，提高其体积密度，将生物质制备成热值高、碱金属元素含量低的生物质富氢微粉，并制备出指标参数符合要求的生物质合成气；然后
将制备的生物质合成气一部分作为载气与生物质富氢微粉混合后直接喷入高炉风口，另一部分经过预热后通过炉身喷吹的方式喷入高炉内部对矿石进行预热还原，从而有效利用生物质富氢微粉与生物质合成气进行复合喷吹，对高炉进行协同调节，在保证高炉生产稳定顺行的条件下，有效提升生物质的综合利用效率，并降低高炉生产的CO2排放量，具有显著的经济、社会和生态效益。
[0025](2)本专利技术通过采用气相变压闪蒸技术制备生物质富氢微粉，能够使生物质的结构和成分发生转变，实现脱氧加氢提碳，提高其热值；同时，该气相变压闪蒸过程还能对生物质进行破碎，使其粒度能够满足高炉直接喷吹的需求；并且，破碎后的生物质细胞中的水分更易于蒸发，进一步降低了生物质中的水分含量，并促进了生物质细胞壁中纤维素的加氢还原过程的进行。此外，该气相变压闪蒸技术能够在短时间内处理大量的生物质，具有高效低耗的优点。在此基础上，本专利技术还能够根据生物质富氢微粉的特点对高炉进行上部调节和下部调节，以保证高炉的正常生产。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用气相变压闪蒸技术，制备生物质富氢微粉；S2、将生物质原料高温裂解，制备指标参数符合要求的生物质合成气；S3、对步骤S1制备的所述生物质富氢微粉进行脱水预处理；将步骤S2制备的所述生物质合成气中的一部分作为载气，与所述脱水预处理后的所述生物质富氢微粉混合后喷吹入高炉风口；所述生物质合成气的另一部分经预热后通过炉身喷吹的方式喷入高炉内部；S4、在喷吹过程中，对高炉进行上部调节和下部调节，以确保高炉冶炼过程正常进行；S5、对高炉冶炼产生的熔渣进行显热回收，并对高炉冶炼过程中产生的炉顶煤气进行回收。2.根据权利要求1所述的生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述生物质富氢微粉的制备方法具体为：降低生物质的粒度大小和水分含量后，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、脱氧加氢提碳，得到所述生物质富氢微粉。3.根据权利要求2所述的生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，其特征在于：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10～30min。4.根据权利要求1所述的生物质富氢微粉与生物质合成气复合喷吹的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述生物质富氢微粉的C、H、O元素含量分别为60％～70％、6％～15％、15％～25％，...

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