CN102093923B - 生物质还原剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物质还原剂，包括下列质量比的组分：在500℃下干馏的生物质炭化料7～40％，在600℃下干馏的生物质炭化料20～25％，在700℃下干馏的生物质炭化料15～25％，在850℃下干馏的生物质炭化料10～23％，在900℃下干馏的生物质炭化料10～20％，粘接剂5～8％。本发明将可再生资源加工制备成铁合金行业及电治熔融炼铁行业的生物质还原剂，可从根本上解决了这两个行业对木炭和焦炭的依赖，扩大可再生资源利用率，使多年农业、林业废弃物得到高效利用，有利于促进工业与农业，城市与农村产业链一体化，同时生物质还原剂还是一种含硫、氮量低，且灰分少的清洁还原剂，使用过程中不会增加大气中的CO2含量，可有效缓解日益严重的"温室效应"，减少石化燃料的消耗，保护人类生存环境。

Description

生物质还原剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质还原剂及其制备方法，属于生物质燃料加工技术领域。
背景技术
我国铁合金工业经过50年的发展，迄今铁合金产量已雄居世界首位，出口产品数量也名列各国之冠，已成为铁合金生产大国，在世界铁合金工业中占据了重要的一席。铁合金行业包括：锰铁、硅铁、工业硅等生产行业。目前生产和消费的铁合金主要用电炉生产，其电耗非常高，平均每吨产品耗电5000kwh～12000kwh，需要丰富而价廉的电力资源。按每生产一吨粗钢计，需用铁合金20kg；其中主要合金元素所占的份额为：锰5.5～6.5kg，硅2～3kg，铬2～3kg。铁合金生产中所用的还原剂有焦炭、焦丁、石油焦、烟煤等化石型产品，以及木炭及木质品作为生产铁合金产品的碳质还原剂。为此，每年要使用大量的化石型燃料及砍伐大量木材烧炭，来供铁合金冶炼。为了保护森林资源，减少对化石型燃料的使用，减少二氧化硫、二氧化碳的排放，有必要寻找能够替代木炭的碳质还原剂,以从源头上切断对木炭的需求, 同时能够长期稳定地保障铁合金生产所必需的优良碳质还原剂,解决铁合金企业生存、发展与生态保护问题，这些已成为铁合金企业的当务之急。
随着社会进步，能源消耗的迅速增长，矿物质燃料资源储量的有限性、不可再生性，特别是矿物质能源利用所带来的环境污染严重，使人们越来越重视可再生的清洁能源的开发和利用。在各种可再生资源中，生物质是地球上唯一能够以固定碳的形式利用太阳能的可再生能源，它量大面广，开发潜力巨大。尤其云南省是生物绿色大省，有着丰富的生物质资源，其中：烤烟种植500～650万亩，每亩烟产烟秸秆300～800kg，全省烟草废弃物的数量约200～400万吨左右；紫茎泽兰生长量达1200万吨以上；年产生桑枝或条80余万吨；年产蔗渣600万吨；年产膏桐壳约80余万吨；每年有三千多万吨的林业废弃物如树枝、树条等；每年产玉米秸秆450万吨；还有水生植物、城市垃圾、粪便、能源植物等等。云南省每年的生物质资源拥有量为6361万吨。因此，一方面在化石型资源日渐枯竭，而另一方面为保护森林资源又不得再继续烧制木炭的情况下，只有将丰富的生物质资源加以利用，才能满足铁合金行业和电冶熔融还原炼铁行业对碳质还原剂的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质还原剂及其制备方法。
本发明提供的是这样一种生物质还原剂，其特征在于包括下列质量比的组分：
在500℃下干馏的生物质炭化料            7～40％
在600℃下干馏的生物质炭化料           20～25％
在700℃下干馏的生物质炭化料           15～25％
在850℃下干馏的生物质炭化料           10～23％
在900℃下干馏的生物质炭化料           10～20％
粘接剂                                  5～8％。
所述粘接剂为市购的有机粘接剂、无机粘接剂、有机无机复合粘接剂。
所述粘结剂优选羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、改性羧甲基纤维素纳、复合PAC、淀粉中的一种或几种。
所述生物质炭化料由下列方法制得：
A、分别将生物质原料按类收集、储存；
B、分别对步骤A的各生物质原料进行粉碎；
C、将步骤B的生物质原料送常规干馏设备中，按常规在500℃、600℃、700℃、850℃或900℃干馏温度下，干馏热解得含有下列质量成分的生物质炭化料：
500℃干馏的生物质炭化料：固定碳60～64%、硫0.08～0.15%、挥发分29～32%、灰分5～5.5%、水4～5%；
600℃干馏的生物质炭化料：固定碳81～85%、硫0.06～0.13%、挥发分9～12%、灰分4～7%、水1～2%；
700℃干馏的生物质炭化料：固定碳83～86%、硫0.08～0.12%、挥发分6～7%、灰分5～6%、水1～1.5%；
850℃干馏的生物质炭化料：固定碳85～87%、硫0.08～0.12%、挥发分5～6%、灰分5～6%、水0.5～1%；
900℃干馏的生物质炭化料：固定碳86～88%、硫0.08～0.11%、挥发分3～5%、灰分5～6%、水0.5～1%；
D、步骤C中产生的气体经常规净化处理后，并入民用煤气供气网或送发电厂发电；
E、收集步骤C中产生的植物液、木焦油。
本发明提供的是这样一种生物质还原剂的制备方法，其特征在于经过下列步骤：
a、取下列质量比的原料，并进行混合：
在500℃干馏的生物质炭化料            7～40％
在600℃干馏的生物质炭化料           20～25％
在700℃干馏的生物质炭化料           15～25％
在850℃干馏的生物质炭化料           10～23％
在900℃干馏的生物质炭化料           10～20％
粘接剂                               5～8％；
b、将步骤a的混合料经常规成型，得成型料；
c、将步骤c的成型料干燥后，得生物质还原剂。
所述步骤b的成型是在常规压制或挤出成型机上，按常规方法进行的成型，成型后的还原剂为球体、矩形块、棒状条。
所述步骤c的干燥是常规的自然干燥，或者是蒸汽干燥，或者是加热炉干燥。
本发明具有下列优点和效果：
本发明具有下列优点效果：
1、生物质是一种清洁的低碳燃料，其含硫和含氮量均较低，同时灰分也很少，所以燃烧后SO2、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得多，是一种清洁燃料，同时又是一种可再生资源，可循环利用，可视为取之不尽的永久能源，其利用过程中没有增加大气中CO2的含量，这对于缓解日益严重的"温室效应"有着特殊的意义。
2、生物质还原剂在铁合金行业及电治熔融炼铁行业的使用，必将使多年农业、林业废弃物的综合利用的问题得到根本解决，而且，生物质还原剂的生产工艺路径，使得生物质资源得到高效利用，有利于促进工业与农业，城市与农村产业链一体化，拉动内需，增加农民收入。
3、本发明方法中所产生的副产品－植物液可在农业领域得到广泛使用，能减少化肥、农药用量的30％，降低农民单位面积的种植成本，增加农民收入。
4、本发明方法中所产的可燃气体可用于发电，也可民用，以解决部分村镇烧火做饭的燃料问题，同时节能减排，保护环境，实现农村能源多元化发展。
5、本发明具有矿物质燃料无法比拟的技术条件——CO2零排放，SO2低排放，为钢铁企业的节能减排开辟了全新途径，同时使钢铁相关产业多元化发展、可持续发展。
6、将可再生资源加工制备成铁合金行业及电治熔融炼铁行业的生物质还原剂，可从根本上解决了这两个行业对木炭和焦炭的依赖，且每吨产品将节电500～730kwh，从而达到节能减排的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
生物质炭化料的制备：
A、分别将生物质原料烟杆、秸杆、紫茎泽兰、树枝、蔗渣按类收集、储存；
B、分别对A步骤的各生物质原料进行粉碎；
C、将B步骤的各生物质原料送常规干馏设备中，按常规分别在500℃、600℃、700℃、850℃或900℃干馏温度下，干馏热解得含有下列质量成分的生物质炭化料：
500℃干馏的烟杆炭化料：固定碳60%、硫0.08%、挥发分30.92%、灰分5%、水4%；
600℃干馏的秸杆炭化料：固定碳81%、硫0.13%、挥发分10%、灰分6.87%、水2%；
700℃干馏的紫茎泽兰炭化料：固定碳86%、硫0.08%、挥发分6.42%、灰分6%、水1.5%；
850℃干馏的树杆炭化料：固定碳87%、硫0.1%、挥发分6%、灰分6%、水0.9%；
900℃干馏的蔗渣炭化料：固定碳88%、硫0.1%、挥发分4.9%、灰分6%、水1%；
D、步骤C中产生的气体，经常规净化处理后，并入民用煤气供气网向市民提供煤气；
E、收集步骤C中产生的植物液、木焦油，可直接销售。
实施例2
生物质炭化料的制备：
A、分别将生物质原料紫茎泽兰收集、储存；
B、分别对A步骤的紫茎泽兰进行粉碎；
C、将B步骤的紫茎泽兰送常规干馏设备中，按常规分别在500℃、600℃、700℃、850℃或900℃干馏温度下，干馏热解得含有下列质量成分的紫茎泽兰炭化料：
500℃干馏的炭化料：固定碳64%、硫0.15%、挥发分27.1%、灰分4.75%、水4%；
600℃干馏的炭化料：固定碳81%、硫0.13%、挥发分10%、灰分6.87%、水2%；
700℃干馏的炭化料：固定碳85.38%、硫0.12%、挥发分7%、灰分6%、水1.5%；
850℃干馏的炭化料：固定碳86.88%、硫0.12%、挥发分6%、灰分6%、水1%；
900℃干馏的炭化料：固定碳87.89%、硫0.11%、挥发分5%、灰分6%、水1%；
D、步骤C中产生的气体，经常规净化处理后，并入民用煤气供气网向市民提供煤气；
E、收集步骤C中产生的植物液、木焦油，可直接销售。
实施例3
A、按下列质量比取实施例1的炭化料及粘结剂，并对炭化料进行粉碎后，与粘结剂混合：
在500℃干馏的烟杆炭化料            12公斤
在600℃干馏的秸杆炭化料            20公斤
在700℃干馏的紫茎泽兰炭化料        25公斤
在850℃干馏的树杆炭化料            18公斤
在900℃干馏的蔗渣炭化料            20公斤
羟乙基纤维素                        5公斤
B、将步骤A的混合料经常规压球机压成球形体；
C、将步骤C的球形体经常规蒸汽干燥后，得用于锰铁生产的生物质还原球，其成分为：固定碳为62％，硫0.5％：挥发分20％，灰分10％，水分7.5％，直径为80mm。
实施例3
A、按下列质量比取实施例1和实施例2的炭化料及粘结剂，并对炭化料进行粉碎后，与粘结剂混合：
在500℃干馏的烟杆炭化料            10公斤
在600℃干馏的紫茎泽兰炭化料        25公斤
在700℃干馏的紫茎泽兰炭化料        20公斤
在850℃干馏的树杆炭化料            22公斤
在900℃干馏的紫茎泽兰炭化料        15公斤
聚阴离子纤维素                      8公斤
B、将步骤A的混合料经常规压棒机压成棒体；
C、将步骤C的棒体经常规蒸汽干燥后，得用于电冶熔融炼铁生产的生物质还原棒，其成分为：固定碳为78％，硫0.4％：挥发分12％，灰分5％，水分4.6％，直径为60mm。
实施例4
A、按下列质量比取实施例1和实施例2的炭化料及粘结剂，并对炭化料进行粉碎后，与粘结剂混合：
在500℃干馏的紫茎泽兰炭化料        33公斤
在600℃干馏的秸杆炭化料            20公斤
在700℃干馏的紫茎泽兰炭化料        20公斤
在850℃干馏的紫茎泽兰炭化料        10公斤
在900℃干馏的蔗渣炭化料            10公斤
淀粉                                7公斤
B、将步骤A的混合料经常规压棒机压成球形体；
C、将步骤C的球形体经常规自然干燥后，得民用的生物质还原球，其成分为：固定碳为62％，硫0.7％：挥发分14.3％，灰分15％，水分8％，直径为20mm。
实施例5
A、按下列质量比取实施例1和实施例2的炭化料及粘结剂，并对炭化料进行粉碎后，与粘结剂混合：
在500℃干馏的烟杆炭化料            27公斤
在600℃干馏的秸杆炭化料            18公斤
在700℃干馏的紫茎泽兰炭化料        20公斤
在850℃干馏的树杆炭化料            15公斤
在900℃干馏的紫茎泽兰炭化料        13公斤
复合PAC                            7公斤
B、将步骤A的混合料经常规压棒机压成球形体；
C、将步骤C的球形体经常规自然干燥后，得用于工业硅生产的生物质还原球，其成分为：固定碳为70％，硫0.7％：挥发分11.3％，灰分10％，水分8％；直径为40mm。

Claims (4)

1.一种生物质还原剂，其特征在于包括下列质量比的组分：
在500℃下干馏的生物质炭化料            7～40％
在600℃下干馏的生物质炭化料           20～25％
在700℃下干馏的生物质炭化料           15～25％
在850℃下干馏的生物质炭化料           10～23％
在900℃下干馏的生物质炭化料           10～20％
粘接剂                                  5～8％；
其中，粘接剂为羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、改性羧甲基纤维素纳、复合PAC、淀粉中的一种或几种；
且所述生物质炭化料由下列方法制得：
A、分别将生物质原料按类收集、储存；
B、分别对步骤A的各生物质原料进行粉碎；
C、将步骤B的生物质原料送常规干馏设备中，按常规在500℃、600℃、700℃、850℃或900℃干馏温度下，干馏热解得含有下列质量成分的生物质炭化料：
500℃干馏的生物质炭化料：固定碳60～64%、硫0.08～0.15%、挥发分29～32%、灰分5～5.5%、水4～5%，且固定碳、硫、挥发分、灰分、水的总合为100%；
600℃干馏的生物质炭化料：固定碳81～85%、硫0.06～0.13%、挥发分9～12%、灰分4～7%、水1～2%，且固定碳、硫、挥发分、灰分、水的总合为100%；
700℃干馏的生物质炭化料：固定碳83～86%、硫0.08～0.12%、挥发分6～7%、灰分5～6%、水1～1.5%，且固定碳、硫、挥发分、灰分、水的总合为100%；
850℃干馏的生物质炭化料：固定碳85～87%、硫0.08～0.12%、挥发分5～6%、灰分5～6%、水0.5～1%，且固定碳、硫、挥发分、灰分、水的总合为100%；
900℃干馏的生物质炭化料：固定碳86～88%、硫0.08～0.11%、挥发分3～5%、灰分5～6%、水0.5～1%，且固定碳、硫、挥发分、灰分、水的总合为100%；
D、步骤C中产生的气体经常规净化处理后，并入民用煤气供气网或送发电厂发电；
E、收集步骤C中产生的植物液、木焦油。
2.一种如权利要求1所述的生物质还原剂的制备方法，其特征在于经过下列步骤：
a、取下列质量比的原料，并进行混合：
在500℃干馏的生物质炭化料            7～40％
在600℃干馏的生物质炭化料           20～25％
在700℃干馏的生物质炭化料           15～25％
在850℃干馏的生物质炭化料           10～23％
在900℃干馏的生物质炭化料           10～20％
粘接剂                               5～8％；
b、将步骤a的混合料经常规成型，得成型料；
c、将步骤c的成型料干燥后，得生物质还原剂。
3.如权利要求2所述的生物质还原剂的制备方法，其特征在于所述步骤b的成型是在常规压制或挤出成型机上，按常规方法进行的成型，成型后的还原剂为球体、矩形块、棒状条。
4.如权利要求2所述的生物质还原剂的制备方法，其特征在于所述步骤c的干燥是常规的自然干燥，或者是蒸汽干燥，或者是加热炉干燥。
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