用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法。该方法根据高炉对固体喷吹燃料的要求，降低生物质的粒度大小和水分含量，并在非液相水环境中进行加氢脱氧提质，得到热值显著提高的生物质富氢微粉直接用于高炉喷吹。还可将生物质富氢微粉进一步制成生物质合成气用于高炉喷吹。如此操作，可以一定程度上弥补生物质体积密度低带来的体积发热值低的问题，从而能够较好地直接用于高炉喷吹；而且通过原位固相提质，能够简化工序、降低能耗和制备时间，且水分含量控制简单。此外，由于氢含量提高，可显著减少二氧化碳排放量。可显著减少二氧化碳排放量。可显著减少二氧化碳排放量。

【技术实现步骤摘要】
用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法


[0001]本专利技术涉及高炉喷吹燃料
，尤其涉及一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法。

技术介绍

[0002]生物质是一种碳中性、环境友好的可再生能源，主要由木质素、纤维素和半纤维素构成。将生物质用于钢铁工序能减少化石燃料的消耗和二氧化碳的排放，也可以推动能源结构清洁低碳化。近年来，全球生物质能的开发利用得到了飞速发展。同时，生物质资源由于可磨性差、体积密度小、能量密度低、水分含量高等特点，使得存储和运输成本较高，工业加工难度较大，燃烧不够稳定，燃烧率波动大，限制了其在工业中的应用，因此通常需要对生物质资源进行转化处理。
[0003]目前将生物质转化为燃料的途径主要包括沼气技术、气化技术液化技术和热解。例如专利CN110218826A公开了一种生物质水热炭进行高炉喷吹的方法，将生物质水热炭化处理，得到生物质水热炭制粉，将其用于高炉喷吹，提升生物质资源的综合利用效率，降低炼铁生产CO2排放量。但是水热炭工艺以水为介质，要达到符合高炉喷吹要求的水分含量需要较大能耗除水，而且水热炭化时间较长，能耗高。专利CN112280577A公开了一种高炉喷吹生物质焦的制备及加工方法，对生物质进行高温干馏若干小时，得到生物质焦，用于高炉喷吹。或者，现有技术还有通过将生物质热解为可燃气体，作为高炉喷吹气体。均存在能耗高、制备时间长等问题。
[0004]现有技术中高炉喷吹固体燃料多为煤粉，煤粉热值和比重均较高，喷吹综合特性较优。生物质由于比重低，体积燃烧热值低，因此直接将其单独以固体燃料形式100％用于高炉喷吹的研究还较少。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉及合成气的制备方法。该方法通过根据高炉对固体喷吹燃料的要求，降低生物质的粒度大小和水分含量，并在非液相水环境中进行加氢脱氧提质，从而得到热值显著提高的生物质富氢微粉，可以一定程度上弥补生物质体积密度低带来的体积发热值低的问题，而且原位固相提质，能够简化工序、降低能耗和制备时间，且水分含量控制简单。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，包括：根据高炉对固体喷吹燃料的要求，降低生物质的粒度大小和水分含量，并进行加氢脱氧提质，得到生物质富氢微粉直接用于高炉喷吹，所述加氢脱氧提质过程在非液相水环境中进行。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括降低所述生物质的碱金属含量。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括提高所述富氢微粉的密度，即以生物质和矿物质为原料，进行加氢脱氧提质，所述生物质和所述矿物质中的矿物离子在所述加氢脱氧提质过程中发生键合，得到高密度生物质富氢微粉直接用于高炉喷吹。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法的所有过程均在非液相水环境中进行，且所述加氢脱氧提质通过气相变压闪蒸实现。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述气相变压闪蒸包括：将所述生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使所述生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；所述结构重组包括加氢脱氧提质和脱氧提碳。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述高温高压过热气相反应器的个数≥2；且第一级所述高温高压过热气相反应器的温度大于220℃，压力大于2.0MPa，停留时间为5
‑
40min；第二级所述高温高压过热气相反应器的温度为120
‑
160℃，压力为1.0
‑
1.4MPa，停留时间为5
‑
60min。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述高温高压过热气相反应器中的气相介质包括过热蒸汽、二氧化碳、氨气、甲烷、页岩气和焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述高温高压过热气相反应器中的气相介质同时包含过热蒸汽和氨气。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质富氢微粉的粒度在200目以下的比例高于60％，水分含量低于5％，氢质量含量大于6％，氧含量低于25wt％；体积密度为0.4
‑
0.6g/cm3。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述生物质富氢微粉的钠元素含量小于0.1％，钾元素含量小于0.1％。
[0017]一种用于高炉喷吹的生物质合成气的制备方法，将以上任一项所述的制备方法得到的生物质富氢微粉气化得到生物质合成气，用于高炉喷吹。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术提供的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，根据高炉对固体喷吹燃料的要求，降低生物质的粒度大小和水分含量，并在非液相水环境中进行加氢脱氧提质，从而得到热值显著提高的生物质富氢微粉，可以一定程度上弥补生物质体积密度低带来的体积发热值低的问题，而且原位固相提质，能够简化工序、降低能耗和制备时间，且水分含量控制简单。此外，由于氢含量提高，可显著减少二氧化碳排放量。
[0020]2.本专利技术通过气相变压闪蒸处理，在实现加氢脱氧提质的同时，还能实现对生物质原料的破碎，有助于细胞内水分的蒸发，使得粒度减小，水分含量降低。而且，生物质细胞内的水分释出过程，也会对细胞壁中纤维素的加氢还原起到较优效果。
附图说明
[0021]图1为用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备流程图。
[0022]图2为用于高炉喷吹的生物质合成气的制备流程图。
[0023]图3为用于高炉喷吹的生物质合成气的另一种制备流程图。
[0024]图4为用于高炉喷吹的生物质合成气的工艺路线图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0026]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在具体实施例中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0027]另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0028]本专利技术提供的富氢微粉是基于高炉喷吹燃料的需求和要求，将热值、堆密度、粒度、水分、碱金属等参数不符合高炉喷吹的初始含碳类原料通过加氢脱氧提质、加碳脱氧等操作(主要通过气相爆破实现)，转化为符合高炉喷吹的燃料。含碳类原料可以选自生物质原料、废气塑料、橡胶、煤等原料。
[0029]请参阅图1所示，本专利技术提供的一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，其特征在于，包括：根据高炉对固体喷吹燃料的要求，降低生物质的粒度大小和水分含量，并进行加氢脱氧提质，得到生物质富氢微粉直接用于高炉喷吹，所述加氢脱氧提质过程在非液相水环境中进行。2.根据权利要求1所述的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括降低所述生物质的碱金属含量；所述生物质富氢微粉的钠元素含量小于0.1％，钾元素含量小于0.1％。3.根据权利要求1所述的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括提高所述富氢微粉的密度，即以生物质和矿物质为原料，进行加氢脱氧提质，所述生物质和所述矿物质中的矿物离子在所述加氢脱氧提质过程中发生键合，得到高密度生物质富氢微粉直接用于高炉喷吹。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法的所有过程均在非液相水环境中进行，且所述加氢脱氧提质通过气相变压闪蒸实现。5.根据权利要求4所述的用于高炉喷吹的生物质富氢微粉的制备方法，其特征在于，所述气相变压闪蒸包括：将所述生物质依次置于若干个高温高压过热气相反应器中，进行降压逐级闪蒸，以使所述生物质发生破碎、水分蒸发和结构重组；所述结构重组包括加氢脱氧提质、脱氧提碳。6.根据权利要求5所述的用于高炉喷吹的生物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建良，徐润生，刘征建，颉二旺，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：