CN101962557A - 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺 - Google Patents

一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN101962557A
CN101962557A CN2010102842063A CN201010284206A CN101962557A CN 101962557 A CN101962557 A CN 101962557A CN 2010102842063 A CN2010102842063 A CN 2010102842063A CN 201010284206 A CN201010284206 A CN 201010284206A CN 101962557 A CN101962557 A CN 101962557A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biomass
pyrolysis
industrial silicon
producing
charcoal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010102842063A
Other languages
English (en)
Inventor
王�华
马文会
魏永刚
祝星
李孔斋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN2010102842063A priority Critical patent/CN101962557A/zh
Publication of CN101962557A publication Critical patent/CN101962557A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种节能减排新工艺——生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺，即：生物质筛选成型→余热利用→生物质热解→生物质炭→工业硅生产→硅产品，在该过程中，工业硅生产过程产生的高温烟气余热为生物质热解提供热源，热解过程产出的热解气用于生产高附加值的化工产品，而生物质热解后的固体产物——生物质炭用于工业硅生产的还原剂。除此之外，在生物质热解中还可以获得木焦油与木醋酸等副产品。本发明具有以下优点：(1)利用工业硅生产过程中的高温烟气余热来为生物质热解提供热源，而同时生物质热解产生的生物质炭可用作工业硅生产还原剂。(2)该新工艺能够降低工业硅生产能耗与成本，具有节能和减排双重效益；(3)该工艺过程以生物质为原料制取还原剂及其他产品，由于生物质的可再生性，该技术具有很强的竞争力。

Description

一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺
技术领域
本发明涉及一种利用冶金生产过程烟气余热资源制取生物质炭还原剂，并以此取代木炭实现工业硅的生产，该技术是一种新型的生物质炭制取和工业硅生产联合工艺，生产过程具有显著的节能、环保和可持续性。属于冶金节能减排新技术。
背景技术
按照“国家十一五科学技术发展规划”和“国家发改委能源十一五发展规划”的基本要求和发展思路，大力发展新的能源工业、调整能源结构、提高能源综合利用率已成为当务之急。针对节能减排应对气候变化，中国政府已决定到2020年单位GDP碳排放量比2005年减少40～45％，非化石能源消费占15％，减少碳排放量已成为我国各级政府和部门的当务之急。可再生能源是新能源工业的核心组成部分，是重点发展的方向领域；生物质能的综合利用是近年逐步发展起来的新兴能源产业，非粮化生物质能的综合利用，是发展可再生新型能源的发展方向。目前全国农作物秸秆年产生量约6亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，大约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤。林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨，大约3亿吨可作为能源利用，折合约2亿吨标准煤。因此，发展利用好这些非粮生物质资源，对增加能源供应量，保证国家能源安全将会起到重要作用。
生物质热解是一种重要的生物质能源高质利用过程，其可以产生附加值较高的还原剂炭、可燃气、木焦油以及木醋液，而可燃气可以用于生产更高附加值的化工产品。炭由于其灰分低，反应性能好，比表面积大，可大量用作冶金生产过程的优质还原剂。
工业硅是冶金用硅和化学用硅的基础原料。我国工业硅的年产量已达到120万吨。工业硅出口的国家和地区数近60个，年出口量已相当于西方发达国家总消费量的一半以上。中国的工业硅生产和出口，对世界硅业和相关产业发展有着举足轻重的影响。现有的工业硅生产工艺几乎全部采用碳热还原法，该方法是一个高资源消耗，高能耗的过程。仅就消耗的炭质还原剂而言，每生产1t工业硅需要消耗炭质还原剂约1.6t，其中木炭占60％。120万t的工业硅生产规模每年消耗的木炭量接近115万t，折合消耗的木材约575万t，这就需要消耗大量的森林资源，严重破坏了生态环境。我国森林覆盖面积不到国土面积的10％，与此同时，我国拥有大量的尚未充分利用的生物质资源，因此，开发和应用木炭代用品(新型还原剂如：生物质炭)具有重要意义。如能实现以生物质炭逐步替代现有的木炭型还原剂将在工业硅生产的资源消耗现状上得到很大改善；
工业硅生产过程排放大量的高品位余热资源，通过先进的余热利用技术将其用于生物质热解制取生物质炭的反应过程，将会使整个工业硅生产链能耗得到显著降低。生物质的热解过程在生产出生物质炭的同时还副产可燃气、木醋液和木焦油，后两种产品可以直接出售，而可燃气则可用于生产附加值更高的化工产品。
发明内容
鉴于以上技术背景，以生物质新能源利用为前提，围绕工业硅生产过程，本发明提出了如下的集生物质炭制取与工业硅生产有机结合的节能减排新技术，即：生物质筛选成型→余热利用→生物质热解→生物质炭→工业硅生产→硅产品。
在该过程中，以工业硅生产过程的高温烟气余热资源(工业硅生产中其矿热电炉产生的烟气在炉口烟道处温度高达900℃以上)作为生物质热解过程所必须热源，生物质热解过程产生的热解气可用于生产高附加值的化工产品，而热解后的固体产物——生物质炭可作为还原剂用于工业硅生产，除此之外在生物质热解中还可以获得木焦油与木醋酸等产品。
本发明提出利用冶金生产过程烟气余热进行生物质炭的制取与工业硅生产的联合工艺。具体内容和实施步骤如下：
(1)将硅冶炼电炉产生的高温烟气引入自行设计的“烟气余热型连续热解炉”，完成生物质热解过程。该热解炉分为四段，即：原料干燥段、预热段、干馏热解段和生物质炭出料段；在热解炉内部设计有高效的换热装置，通过该装置可以使出炉烟气温度降到400℃以下，热解炉干馏热解段温度维持在450-600℃之间；
(2)进入热解炉的生物质必须经过筛选、成型和预干燥，筛选的目的是使生产出的生物质炭质量满足工业硅的冶炼工艺要求，成型是为了获得一定形状与大小的生物质碳，预干燥使进入热解炉的生物质满足含水率要求；
(3)从热解炉出来的热解气经冷凝装置冷凝后，不凝气体经过净化工艺处理可用于制取甲醇等高附加值的化工产品，而冷凝液经分离工艺可获得木焦油和木醋酸等液态产品。
通过烟气余热与生物质炭生产过程的有机结合，并将该生物质炭用作工业硅的冶炼还原剂，可以实现每生产1t工业硅回收烟气余热资源6000MJ，同时生产生物质炭2.14t，可见生物质炭的产出量除满足工业硅生产外还有富余；国内整个工业硅生产行业通过该工艺可回收的余热量为7.2×109MJ，约折合标准煤2.48万t，相当于减排二氧化碳9.1万t，由此可见，节能减排效果十分显著。
本发明具有以下优点：
(1)利用工业硅生产过程产生的高温烟气余热来为生物质热解提供热源，而同时生物质热解产生的生物质炭可用作工业硅生产的还原剂；
(2)该新工艺能够降低工业硅生产的能耗与成本，具有节能和减排双重效益；
(3)该工艺过程以生物质为原料制取生物质炭还原剂及其他产品，由于生物质的可再生性，该技术具有很强的竞争力。
附图说明
图1生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1
烟气成分：
  烟气成分   CO2   N2   O2   H2O   SO2
  ％(体积)   9   68   13   10   ＜0.01
烟气温度：1100℃
烟气含尘率：7g/Nm3
热解温度：450℃
热解气干燥温度：300℃
生物质成分：稻秆、稻壳
成型粒度：100mm
生物质炭固定碳含量：78％
热解产物分配量：
  成分/wt％   木炭   木焦油   可燃气   木醋酸
  含量   30   5   30   35
热解气主要成分及含量(％)
  成分/％   CH4   H2   CO   CO2   CnHm   O2   N2
  体积含量   28   25   13.5   28.3   4.2   0.5   0.5
生物质炭冶炼工业硅性能优于国家标准(GB/T 2881-2008)。
实施例2
烟气成分：
  烟气成分   CO2   N2   O2   H2O   SO2
  ％(体积)   9   69   13   9   ＜0.01
烟气温度：1100℃
烟气含尘率：8g/Nm3
热解温度：500℃
热解气干燥温度：350℃
生物质成分：玉米秸秆、玉米芯
成型粒度：150mm
生物质炭固定碳含量：79％
热解产物分配量：
  成分/wt％   木炭   木焦油   可燃气   木醋酸
  含量   28   6   35   31
热解气主要成分及含量(％)
  成分/％   CH4   H2   CO   CO2   CnHm   O2   N2
  体积含量   31   22   11.5   30.3   4.3   0.4   0.6
生物质炭冶炼工业硅性能优于国家标准(GB/T 2881-2008)。
实施例3
烟气成分：
  烟气成分   CO2   N2   O2   H2O   SO2
  ％(体积)   9   68   13   10   0.01
烟气温度：1100℃
烟气含尘率：7g/Nm3
热解温度：450℃
热解气干燥温度：300℃
生物质成分：木材
成型粒度：100mm
生物质炭固定碳含量：81％
热解产物分配量：
  成分/wt％   木炭   木焦油   可燃气   木醋酸
  含量   31   8   30   31
热解气主要成分及含量(％)
成分/％ CH4 H2 CO CO2 CnHm O2 N2
  体积含量   32   24   12   27.7   4.3   0.4   0.6
生物质炭冶炼工业硅性能优于国家标准(GB/T 2881-2008)。

Claims (4)

1.一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合方法，其特征在于含有以下工艺步骤：以工业硅生产过程产生的高温烟气余热为生物质热解生产过程提供热源，生物质经过筛选、成型以及干燥后进入热解炉中完成干馏热解，热解液态产品为木焦油、木醋酸，固态产品为生物质炭，可用作工业硅生产还原剂，热解气经净化工艺处理后可用于制取甲醇等化工产品。热解过程产生的热解气余热可对生物质进行预干燥，以回收热解气中的热量，降低其温度。
2.根据权利要求1所述的生物质制取炭还原剂与工业硅生产联合方法，其特征在于：所述的生物质成分为：稻秆、稻壳、麦子秸秆、玉米秸秆、玉米芯、速生木材等或其混合物，其成型粒度为50～200mm。
3.根据权利要求1所述的生物质制取炭还原剂与工业硅生产联合方法，其特征在于：所述的烟气温度：900℃以上，烟气含尘率：＜10g/Nm3，热解温度：450～600℃。
4.根据权利要求1所述的生物质制取炭还原剂与工业硅生产联合方法，其特征在于，所述的热解产物为：生物质炭、热解气、木焦油和木醋酸。
CN2010102842063A 2010-09-17 2010-09-17 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺 Pending CN101962557A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102842063A CN101962557A (zh) 2010-09-17 2010-09-17 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102842063A CN101962557A (zh) 2010-09-17 2010-09-17 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101962557A true CN101962557A (zh) 2011-02-02

Family

ID=43515614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102842063A Pending CN101962557A (zh) 2010-09-17 2010-09-17 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101962557A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442671A (zh) * 2011-10-12 2012-05-09 昆明理工大学 一种复合碳质还原剂替代木炭生产工业硅的方法
CN102533293A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 广东省生态环境与土壤研究所 一种湿法制备生物炭的装置
CN102676189A (zh) * 2012-06-04 2012-09-19 昆明理工大学 一种热解成型生物质制炭的方法
CN102965153A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 昆明理工大学 一种冶金烟气用于煤气化的方法
CN105253888A (zh) * 2015-10-27 2016-01-20 昆明理工大学 一种提高工业硅冶炼用生物质炭还原剂比电阻的方法
CN106744974A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 昆明理工大学 一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法
CN107002169A (zh) * 2014-12-09 2017-08-01 埃尔凯姆有限公司 用于生产金属或合金的能量有效的集成方法
CN108976082A (zh) * 2018-08-15 2018-12-11 江苏倍增生物科技有限公司 一种碳元素生物质碳气化工艺
CN111333117A (zh) * 2020-01-22 2020-06-26 青岛农业大学 一种制备铜铁矿型结构CuFeO2/生物炭复合材料的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614154A (zh) * 2004-03-23 2009-12-30 财团法人电力中央研究所 生物质的碳化和气化以及发电装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614154A (zh) * 2004-03-23 2009-12-30 财团法人电力中央研究所 生物质的碳化和气化以及发电装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442671A (zh) * 2011-10-12 2012-05-09 昆明理工大学 一种复合碳质还原剂替代木炭生产工业硅的方法
CN102533293A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 广东省生态环境与土壤研究所 一种湿法制备生物炭的装置
CN102676189A (zh) * 2012-06-04 2012-09-19 昆明理工大学 一种热解成型生物质制炭的方法
CN102965153A (zh) * 2012-12-04 2013-03-13 昆明理工大学 一种冶金烟气用于煤气化的方法
CN107002169A (zh) * 2014-12-09 2017-08-01 埃尔凯姆有限公司 用于生产金属或合金的能量有效的集成方法
US10392678B2 (en) 2014-12-09 2019-08-27 Elkem Asa Energy efficient integrated process for production of metals or alloys
CN114686631A (zh) * 2014-12-09 2022-07-01 埃尔凯姆公司 用于生产金属或合金的能量有效的集成方法
CN105253888A (zh) * 2015-10-27 2016-01-20 昆明理工大学 一种提高工业硅冶炼用生物质炭还原剂比电阻的方法
CN106744974A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 昆明理工大学 一种生物质炭协同活化石油焦制备工业硅碳质还原剂的方法
CN108976082A (zh) * 2018-08-15 2018-12-11 江苏倍增生物科技有限公司 一种碳元素生物质碳气化工艺
CN111333117A (zh) * 2020-01-22 2020-06-26 青岛农业大学 一种制备铜铁矿型结构CuFeO2/生物炭复合材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101962557A (zh) 一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺
Zou et al. Combustion behaviors of pileus and stipe parts of Lentinus edodes using thermogravimetric-mass spectrometry and Fourier transform infrared spectroscopy analyses: Thermal conversion, kinetic, thermodynamic, gas emission and optimization analyses
CN104787762B (zh) 含水有机物热解生产活性炭的方法和系统
CN101643656B (zh) 生物质能添加配合煤中炼焦的方法
CN102746903B (zh) 一种大型、无废气和二噁英排放的生活垃圾干馏-气化炉
CN103708743B (zh) 制备电石冶炼原料的方法
CN103740389A (zh) 低阶煤梯级利用的多联产工艺
Zhou et al. Decrease of energy demand for bioethanol-based polygeneration system through case study
CN204265712U (zh) 煤气化、热解联合生产活性炭系统
CN105238432A (zh) 自热式酸洗-热解-燃烧一体化制备高品质生物油和白炭黑的方法及装置
CN103074093A (zh) 一种褐煤直接干燥和热解一体化工艺和系统
CN101993733A (zh) 一种新型城市固体废弃物热解气化炉
CN105038825A (zh) 一种能源自给型竹材生物质焙烧炭制备方法
CN103435028B (zh) 一种生产兰炭的方法和装置
CN107202325B (zh) 回转式可控热解炭化窑
CN105132056B (zh) 褐煤蒸汽加氢气化制天然气工艺及其系统
CN101270289A (zh) 一种木焦油生产工艺
CN101974351B (zh) 规模化固定床生物质气化发电生产工艺及成套设备
CN101812309B (zh) 一种制备活性炭用煤基炭化料的制备方法
CN106010607A (zh) 一种煤热解气化耦合工艺及装置
CN102676189A (zh) 一种热解成型生物质制炭的方法
CN105802672A (zh) 固定床气化生产1.0~2.2MPa水煤气的方法
CN109355069A (zh) 生物质与煤共热解反应器
CN208327908U (zh) 一种腐植酸清洁转化生产易燃型炭的系统
CN104357092A (zh) 煤气化、热解联合生产活性炭系统及工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110202