CN108977615A - 一种生物质粉的高效综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质粉的高效综合利用方法，通过在转炉煤气中吹入生物质粉，使生物质粉高温裂解为热解气体和热解炭黑。热解气体主要为H2、CO，热解的炭黑与转炉煤气中的氧发生反应生成一氧化碳，降低转炉煤气中的氧气含量，通过控制生物质粉的喷吹量能够有效控制转炉煤气中的氧气体积含量在1％以下，在保证煤气回收的安全同时，提高了煤气的单位发热值，减少了环境污染，降低了事故发生率。本发明的方法实用性强，安全可靠，控制稳定，使生物质粉得到高效综合利用，回收转炉煤气的产量和质量有了明显提高，吨钢煤气回收量增加10～18％，单位发热值提高10～20％，氧含量降低30～60％，市场前景广阔。

Description

一种生物质粉的高效综合利用方法
技术领域
本发明涉及生物质的利用方法，特别涉及一种生物质粉的高效综合利用方法。
背景技术
生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。它一直是人类赖以生存的重要能源，仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第4位，在整个能源系统中占有重要的地位。据预测，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。生物质能通常包括：木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便。
生物质能的优点：一是可再生性。二是低污染性。生物质的硫含量、氮含量低，生物质作为燃料时，燃烧过程中的硫化物和氮化物较少，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于其燃烧时排放的二氧化碳量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零；用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应，促进生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源危机与环境问题的重要途径之一。三是广泛分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能。四是具有燃烧容易，灰分低的特点。
生物质气化是指将预处理过的生物质在气化介质中(如空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物中)加热至700℃以上，将生物质分解成合成气。生物质气化的主要产物为氢气、一氧化碳、甲烷以及少量的二氧化碳与氮气，混合气成分的组成因气化温度、压力、气化停留时间以及催化剂的不同而不同，气化反应器的选择也是决定混合气组成的一个重要因素。区别于常见的生物质气化制氢形式的有超临界水生物质催化气化制氢和等离子体热解气化制氢。
生物质空气800℃时气化产物中CO含量在15％～19％，H2含量12％～15％，CO2含量10％～13％，CH4含量3％～5％，其他为N2，热值接近转炉煤气，在处理后可以作为高炉喷吹用燃料气体。
可见，生物质气化时需要外在能源，在空气中气化产生CO2等问题。
在冶金转炉炼钢吹炼期间，转炉生产一吨钢水通常产生＞70m3的转炉煤气；转炉炼钢过程中铁水中的碳与氧气反应生成一氧化碳，同时也有少量的碳被直接氧化成二氧化碳；碳氧反应后形成的含有CO、CO2、N2等混合气体称之为转炉煤气。氧气顶吹转炉的煤气主要成分一般为(体积分数)：CO为45～65％，H2＜2％，CO2为15～25％，O2为0.4～0.8％，N2为 24～38％；转炉煤气发热值在6500～8400KJ/m3。由于转炉煤气的发生量并不均衡，成分也有变化。通常将转炉多次冶炼过程回收的煤气输入一个储气柜，混匀后再输送给用户。因此转炉吹炼前、后期一氧化碳浓度较低时，由放散烟囱燃烧放散。目前转炉煤气回收基本条件大都为：CO≥35％，O2<1.5％。
转炉煤气由炉口喷出时，温度高达1200～1600℃，并夹带大量氧化铁粉尘，需经降温、除尘，方能使用。目前，氧气转炉炼钢的煤气净化回收主要有两种方法，一是采用煤气湿法(OG法)净化回收系统，二是采用煤气干法(LT法)净化回收系统；但无论采用哪种方法，煤气出转炉后，转炉煤气中的氧气含量均不易控制且含有较高的CO2。
转炉煤气进行回收的前提条件除了要保证除尘系统的运行完好，高效率地捕集转炉烟气中的尘粒，使得煤气的质量满足用户需要外，还要确保一氧化碳的含量，使回收的煤气中单位发热值高；更为重要的是，要控制煤气中的氧含量在爆炸极限范围以外，按回收转炉煤气的安全规程要求，煤气中氧气体积含量>2％时予以放散，氧气体积含量<2％时可以进行回收，以达到保证煤气质量与安全回收的目的。
但实际上，转炉煤气进行回收时，时常出现柜前煤气中氧含量超标和/或一氧化碳的含量过低的现象，甚至出现事故，造成了不应有的损失；且大量的CO2存在也影响了煤气的单位发热值的提高，污染了环境。
可见，生物质粉若利用转炉烟气的高温、缺氧气氛，实现生物质粉的高效综合利用具有可行性。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供提供一种生物质粉的高效综合利用方法，通过在转炉汽化烟道喷吹生物质粉，达到高效回收转炉煤气的目的。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生物质粉的高效综合利用方法，包含如下步骤：
在转炉冶炼中转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到汽化冷却烟道中，喷吹载气为惰性气体或者常规气化剂。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的生物质粉的高效综合利用方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述生物质粉选自木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物或者动物粪便制成的生物质粉。
作为上述技术方案的改进，所述氮气的流量为0.05～0.2m3/1kg生物质粉；生物质粉的喷吹量为0.005～0.1kg/m3转炉煤气。
作为上述技术方案的改进，所述的生物质粉，粒度在100目以下，即粒径小于0.15mm。
作为上述技术方案的改进，所述惰性气体选自氮气；所述常规气化剂选自CO2或者水蒸气
作为上述技术方案的改进，所述将生物质粉喷吹到汽化冷却烟道使用工业用喷枪，所述的喷枪设置在转炉的汽化冷却烟道上。
作为上述技术方案的改进，所述每个转炉的汽化冷却烟道上设置至少一个工业用喷枪。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明的方法通过在转炉煤气中吹入生物质粉，使生物质粉高温裂解为热解气体和热解炭黑。热解气体主要为H2、CO，热解的炭黑与转炉煤气中的氧发生反应生成一氧化碳，降低转炉煤气中的氧气含量，通过控制生物质粉的喷吹量能够有效控制转炉煤气中的氧气体积含量在1％以下，在保证煤气回收的安全同时，提高了煤气的单位发热值，减少了环境污染，降低了事故发生率；当生物质粉喷吹量较低时，能够对氧气含量起到有效的控制，当生物质粉喷吹量较高时，还能够与二氧化碳反应生成一氧化碳。
本发明的方法实用性强，安全可靠，控制稳定，使生物质粉得到高效综合利用，回收转炉煤气的产量和质量有了明显提高，吨钢煤气回收量增加10～18％，单位发热值提高10～20％，氧含量降低30～60％，市场前景广阔。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
本发明实施例中采用的生物质粉为常规用生物质粉。
转炉煤气主要成分一般为(体积分数)：CO为45～65％，H2＜2％，CO2为15～25％，O2为0.4～0.8％，N2为24～38％；转炉煤气发热值在6500～8400KJ/m3。
实施例1
冶炼采用的转炉为120t转炉，采用的生物质粉粒度在100目(粒径0.15mm)以下。
在转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到气化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.2m3/1kg生物质粉，生物质粉喷吹量为0.1kg/m3转炉煤气。
生物质粉通过喷枪吹入气化冷却烟道中，喷枪设置在气化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为气化冷却烟道长度的0/10。
按上述方法进行10次试验，回收的平均煤气量为130m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 55～85％，CO2 5～11％，H2 3～5％，O2 0.2～0.4％，余量为氮气等。
不喷吹生物质粉进行对比试验，煤气回收的平均煤气量为110m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 45～70％，CO2 10～25％，H2 0.5～1％，O2 0.4～1.2％，余 量为氮气等。
与原有技术相比，每吨钢冶炼后煤气回收量平均增加18％，煤气单位发热值平均提高20％，氧含量平均降低60％。
实施例2
冶炼采用的转炉为100t转炉，采用的生物质粉粒度在100目(粒径0.15mm)以下。
在转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到气化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.2m3/1kg生物质粉，生物质粉喷吹量为0.1kg/m3转炉煤气。
生物质粉通过喷枪吹入气化冷却烟道中，喷枪设置在气化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为气化冷却烟道长度的3/10。
按上述方法进行10次试验，回收的平均煤气量为115m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 55～75％，CO2 7～13％，H2 1～4％，O2 0.4～0.6％，余量为氮气等。
不喷吹生物质粉进行对比试验，煤气回收的平均煤气量为100m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 45～65％，CO2 10～20％，H2 0.5～1％，O2 0.6～1.0％，余 量为氮气等。
与原有技术相比，每吨钢冶炼后煤气回收量平均增加15％，煤气单位发热值平均提高15％，氧含量平均降低40％。
实施例3
冶炼采用的转炉为60t转炉，采用的生物质粉粒度在100目(粒径0.15mm)以下。
在转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到气化冷却烟道中，喷吹载气为氮气，其中氮气的流量为0.05m3/1kg生物质粉，生物质粉喷吹量为0.005kg/m3转炉煤气。
生物质粉通过喷枪吹入气化冷却烟道中，喷枪设置在气化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为气化冷却烟道长度的1/2。
按上述方法进行10次试验，回收的平均煤气量为106m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 73～85％，CO2 8～14％，H2 1～3％，O2 0.5～0.7％，余量为氮气等。
不喷吹生物质粉进行对比试验，煤气回收的平均煤气量为95m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 66～78％，CO2 11～17％，H2 0.5～1％，O2 0.6～0.9％，余量 为氮气等。
与原有技术相比，每吨钢冶炼后煤气回收量平均增加12％，煤气单位发热值平均提高13％，氧含量平均降低30％。
实施例4
冶炼采用的转炉为40t转炉，采用的生物质粉粒度在100目(粒径0.15mm)以下。
在转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到气化冷却烟道中，喷吹载气为二氧化碳，其中二氧化碳的流量为0.05m3/1kg生物质粉，生物质粉喷吹量为0.005kg/m3转炉煤气。
生物质粉通过喷枪吹入气化冷却烟道中，喷枪设置在气化冷却烟道上，喷枪与转炉炉口之间的距离为气化冷却烟道长度的10/10。
按上述方法进行10次试验，回收的平均煤气量为100m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 40～60％，CO2 15～25％，H2 2～4％，O2 0.7～1.0％，余量为氮气等。
不喷吹生物质粉进行对比试验，煤气回收的平均煤气量为90m3/吨钢，回收的煤气主要成分按体积百分比为CO 35～55％，CO2 20～30％，H2 0.5～1％，O2 1.0～1.4％，余量 为氮气等。
与原有技术相比，每吨钢冶炼后煤气回收量平均增加10％，煤气单位发热值平均提高10％，氧含量平均降低30％。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于，包含如下步骤：
在转炉冶炼中转炉煤气回收时，将生物质粉喷吹到汽化冷却烟道中，喷吹载气为惰性气体或者常规气化剂。
2.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述生物质粉选自木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物或者动物粪便制成的生物质粉。
3.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述氮气的流量为0.05～0.2m3/1kg生物质粉；生物质粉的喷吹量为0.005～0.1kg/m3转炉煤气。
4.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述的生物质粉，粒度在100目以下，即粒径小于0.15mm。
5.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述惰性气体选自氮气；所述常规气化剂选自CO2或者水蒸气。
6.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述将生物质粉喷吹到汽化冷却烟道使用工业用喷枪，所述的喷枪设置在转炉的汽化冷却烟道上。
7.如权利要求1所述的生物质粉的高效综合利用方法，其特征在于：所述每个转炉的汽化冷却烟道上设置至少一个工业用喷枪。
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