[发明专利]一种冶金用生物质半焦的制造方法有效

专利信息
申请号: 201310402717.4 申请日: 2013-09-07
公开(公告)号: CN103450915A 公开(公告)日: 2013-12-18
发明(设计)人: 张辉;周明顺;翟立委;刘杰;徐礼兵;童晓宇 申请(专利权)人: 鞍钢股份有限公司
主分类号: C10B53/08 分类号: C10B53/08;C10B57/04
代理公司: 鞍山华惠专利事务所 21213 代理人: 赵长芳
地址: 114021 *** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 冶金 生物 质半焦 制造 方法
【主权项】:
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技术领域

本发明属于炼铁原燃料技术领域,尤其涉及一种冶金用生物质半焦的制造方法。

背景技术

生物质炭是由树皮、树枝、果壳、锯木屑等放入热解炉加热分解留下的固体炭,其灰分在1%~4%、挥发分在12%~20%,含硫很低约0.1%~0.2%。生物质炭具有发达的孔隙结构,高的比表面积和丰富的表面官能团,这使生物质炭在能源与环境领域中有广泛的应用前景。生物质炭的发热量从5000 kJ/kg到20000kJ/kg(木材)不等,而煤可达30000kJ/kg以上。生物质炭发热比煤低,更比焦炭(33650kJ/kg)低,并且其密度、抗碎强度和耐磨强度较低,因而生物质炭单独使用,不能满足冶金的需要。

半焦( semi-coke)俗称兰炭,因其燃烧时有很短的蓝色火焰而得名,它是泥煤、褐煤和高挥发分烟煤等经低温( 500 ~700℃ ) 干馏得到的固体产物。半焦具有高化学活性、高比电阻、高固定碳、低灰、低硫、低磷、低三氧化铝等特性,但其强度比高温焦炭差,视密度和真密度也比高温焦炭低。半焦挥发分含量因干馏终温不同而异,一般为10~20%。由于原料及工艺等方面的差异,半焦的市场价格远低于一般焦炭的价格。

半焦生产的主要设备是干馏炉,干馏炉按供热方式可分为外热式和内热式2种。外热式炉供给煤料的热量由炉墙外部传入,由于干馏室和燃烧室不相通, 干馏挥发物与燃烧烟气不相混合, 保证了挥发产物不被稀释,但因为煤料加热不均,导致半焦质量不均。内热式炉借助热载体把热量传给煤料,因其较外热式炉有加热均匀、热效率高、炉体结构简单等优点而得到广泛应用。

论文“生物质热解半焦炭的反应性研究”得出:生物质热解半焦炭具有良好的反应性,是优质的气化和燃烧原料。在试验温度范围内,生物质半焦炭的反应性随温度的升高而呈增大趋势。生物质半焦的比表面积也随着热解温度增大而呈增加趋势,但增幅不大。论文“生物质与煤共燃研究”简要介绍了生物质与煤共燃的意义及其应用前景。在此基础上,深入分析二者共燃的生物质预处理、燃烧特性、污染物排放及共燃灰污、结渣和腐蚀性,共燃方式及共燃经济性。但上述文章对生物质体密度、能量密度低,高碱金属含量带来的低灰熔点,高氯含量可能带来的腐蚀等问题,没有提出解决办法。

中国专利201310117368.1公开了一种生物质炭煤的制备方法,将生物质材料干燥、粉碎、压制成型,然后进行热解气化反应,冷却后的到生物质炭,再将生物质炭粉碎,按照生物质炭:煤泥:黏结剂的重量比20-40:50-70:10-20,将生物质炭、煤泥和黏结剂均匀混合后压制成型,即可得到生物质煤。但该方法所制得的生物质煤机械强度不高,反应性和热值较低,不适合烧结和高炉喷吹使用。

中国专利200510048752.6公布了一种用低质褐煤生产优质半焦的方法:以低质褐煤为原料,通过干馏得到褐煤半焦,然后通过重介质洗选得到优质半焦。其特点是以低质褐煤为原料,加入反应釜中,在温度800℃、时间10小时条件下干馏,然后在介质比重为1.25条件下进行重介质重选,得到灰分13%,挥发份12%,固定碳83%,弹筒发热量25~30MJ/kg的褐煤半焦,但本方法所生产半焦硫含量均较高,强度较低,且成本较低的生物质炭没有被利用。

发明内容

本发明旨在提供一种成本低,发热量高,硫含量低,化学活性高,原料来源广的冶金用生物质半焦的制造方法。

为此,本发明所采取的解决方案是:

一种冶金用生物质半焦的制造方法,其特征在于,将质量百分比为:劣质煤55%~70%、生物质炭粉25%~40%、粘结剂4%~8%的混合料混合均匀后压制成型,在650℃~800℃温度下干馏10~15小时,制得烧结或高炉喷吹用半焦。

所述劣质煤为非结焦煤或弱结焦煤,包括褐煤、贫煤、瘦煤和高挥发分烟煤中的一种、两种或三种。 

所述生物质炭粉的固定碳质量百分比大于60%,如秸秆、花生壳、木屑、树皮等的生物质固体炭粉。

所述劣质煤、生物质炭粉和粘结剂粒度<3mm的大于90%。

所述高挥发分烟煤的挥发分质量百分比大于27%。

本发明的有益效果为:

1.本发明所生产生物质半焦,兼具生物质炭和半焦的优点,化学反应性强,硫含量低,含硫量不到0.738%,用于冶金可以减少温室气体CO2和有害气体SO2的排放量,生物质半焦与单独由褐煤所生产半焦相比,其用于冶金时,CO2排放量可平均减少35%。

2.本发明把生物质炭粉和煤粉合理搭配,碳质原料广泛,工艺能耗低,所生产的生物质半焦发热量高,平均达到28.8MJ/kg,既可降低原料成本,又能解决因生物质随意丢弃或燃烧所造成的污染。

具体实施方式

实施例1:

以褐煤、生物质炭粉和粘结剂沥青为原料,褐煤、生物质炭粉和粘结剂粒度<3mm的大于90%,其质量分数为:褐煤60%、生物质炭粉35%、沥青5%。所用生物质炭粉和褐煤成分如表1和表2所示。

表1  生物质炭粉成分质量百分含量表

FCad  %Aad  %Vad  %Mad  %S %62.72.0830.434.730.16

表2  褐煤成分质量百分含量表

Mad  %Aad  %Vdaf  %S %6.3510.0840.191.2

    将混合料混合均匀后,用对辊压球机压制成型,在700℃条件下用立式内热炉干馏12小时,得到烧结或喷吹用生物质半焦。

 对所得生物质半焦进行检测可得,其固定碳含量为80.3%,灰分为7.8%,含硫量为0.776%,发热量为28.6MJ/kg,满足冶金要求。生物质半焦比单独用褐煤生产半焦的硫含量降低约35.3%;生物质半焦与单独由褐煤所生产半焦相比,其用于冶金时,CO2排放量减少35%。

实施例2:

以褐煤和高挥发分烟煤、生物质炭粉和粘结剂焦油渣为原料,其粒度<3mm的大于90%,质量分数为:褐煤30%、高挥发分烟煤39%、生物质炭粉25%、焦油渣6%。其中所用生物质炭粉成分与表1相同;褐煤与烟煤成分如表3所示。

表3  褐煤与高挥发分烟煤成分质量百分含量表

 Mad   %Aad   %Vdaf   %S  %褐煤6.3510.140.191.2高挥发分烟煤5.138.6238.420.95

将混合料混合均匀后,用对辊压球机压制成型,在800℃条件下用立式内热炉干馏15小时,得到烧结或喷吹用半焦。

对所得生物质半焦进行检测可得,其固定碳含量为81.6%,灰分为9.5%,含硫量为0.791%,发热量为29.2MJ/kg,满足冶金要求。生物质半焦比单独用劣质煤生产半焦的硫含量降低26.4%;生物质半焦与单独由褐煤所生产半焦相比,其用于冶金时,CO2排放量减少24%。

实施例3:

以褐煤和高挥发分烟煤、瘦煤、生物质炭粉和粘结剂水玻璃组成混合料,其粒度<3mm的大于90%,质量分数为:褐煤28%、高挥发分烟煤20%、瘦煤15%、生物质炭粉32%、水玻璃5%。其中所用生物质炭粉成分与表1相同;褐煤、高挥发分烟煤与瘦煤成分如表4所示。

表4  褐煤、高挥发分烟煤与瘦煤成分质量百分含量表

 MadAadVdafS褐煤6.3510.140.191.2高挥发分烟煤5.138.6238.420.95瘦煤5.6814.8130.68

将混合料混合均匀后,用对辊压球机压制成型,在750℃条件下用立式内热炉干馏14小时,得到烧结或喷吹用半焦。

对所得生物质半焦进行检测可得,其固定碳含量为80.9%,灰分为8.4%,含硫量为0.646%,发热量为28.9MJ/kg,满足冶金要求。生物质半焦比单独用劣质煤生产半焦的硫含量降低约30.8%;生物质半焦与单独由褐煤所生产半焦相比,其用于冶金时,CO2排放量减少32%。

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