最新生物资源炼铁的技术成功研发

2016-05-16 10:07:48     来源: 贤集网

生物资源炼铁

最近,北京科技大学用某木材厂的废白松木料,进行了生物质焦的制备试验。生物质的碳化过程大致可分为三个阶段: 首先是生物质的干燥脱水阶段(50~110℃); 其次是生物质的快速碳化阶段 (230~500℃),生物质中的纤维素和木质素快速热解,并产生可燃气体和固体生物质焦等,最后是碳化结束阶段。

 试验表明,生物质的碳化主要发生在230~500℃的温度范围内,至700℃基本碳化完全,继续升温对其质量的影响不大。碳化温度500~700℃ 时,生物质焦产率下降平缓,近似呈较平坦的线性关系; 碳化温度大于700℃时,生物质焦的产率已基本不受碳化温度的影响。综合考虑生物质焦的可磨性和产率,生物质焦制备的合理碳化温度范围为500~700℃。在碳化温度定为500~700℃ 时,制备生物质焦的保温时间可以定为30 min甚至更短以提高效率。

目前市场上钢铁的产量不断增加,导致冶金煤炭资源,还包括焦煤资源开始出现严重匮乏,所以现在国家倡导节约能源,开发新能源的方针。钢铁行业作为CO2等温室气体的排放大户,减排任务十分艰巨。废木料、秸秆等生物质资源分布广、产量大,是唯一一种可再生的碳中性碳源,与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。如果能将其在钢铁生产中合理应用,则对于企业的节能减排、降低成本具有重大意义。

 但是,生物质资源通常具有可磨性差、体积密度小、能量密度低和水分含量高等缺陷,这限制了其在工业炉中的直接利用,因此通常需要对生物质资源进行转化处理。生物质资源经热化学转化可获得直接的热能或生物油、可燃气体和生物质焦等。生物质经碳化处理后可得到生物质焦,其可磨性大幅改善,能量密度提高,可用作高炉炉料来炼铁。废木料、秸秆等生物质的碳化过程包括水分的失去、挥发分的析出和纤维素、木质素的分解等,碳化后的残留物即为生物质焦。

由于生物质中的纤维素和木质素在碳化过程中被分解掉,利用制样机很容易将生物质焦破碎至小于50μm 的粒度。生物质焦粉的微观结构大部分呈薄片状,而煤粉则呈颗粒状。因此,生物质焦具有较高的比表面积,这保证了生物质焦有较高的反应性。生物质经碳化后其固定碳含量大大提高,甚至超过无烟煤; 生物质焦的水分含量与烟煤相近,挥发分含量比烟煤低; 生物质焦的 N、S 含量远远低于各种煤,C含量比煤高; 经碳化后生物质的氧元素含量大大降低,接近于烟煤的水平,氢元素含量在烟煤和无烟煤之间; 生物质焦的热值达到 31.48 MJ•kg-1,具有替代炼铁用煤炭资源的潜力。另外,试验还表明,生物质焦的转化率大大高于同一温度条件下煤样的转化率,且生物质焦燃点和完全转化温度均较低,即生物质焦的燃烧较快,燃烧性优于煤样。


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