CN111978970A - 生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法及其在炼焦生产中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法及其在炼焦生产中的应用。首先对破碎的生物质进行水热炭化处理，通过控制水热炭化温度和时间，得到灰分和碱金属含量低、固定碳含量高、水分含量适中的高品质生物质水热炭，使其性能满足焦化生产的质量要求。然后将其与基础煤混合，并添加适量的水混合均匀，得到炼焦原料；调控炼焦原料中的水分含量为6～12％，进行炼焦生产。本发明在确保生产焦炭的机械强度及反应性能够满足高炉炼铁需要的前提下，也达到了生物质的资源化利用和降低炼焦成本、节约焦煤资源、减少CO2和污染物排放的目标，具有良好的环境和经济效益。

Description

生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法及其在炼焦生产中 的应用
技术领域
本发明属于可再生能源利用和炼焦技术领域，尤其涉及一种生物质水热 炭化处理制备炼焦原料的方法及其在炼焦生产中的应用。
背景技术
中国是世界上钢铁生产量和消费量最大的国家，2018年粗钢产量超过了 9亿吨，占世界粗钢产量的50％以上。因此，降低高炉炼铁焦炭消耗、拓展炼 焦煤资源成为焦化和炼铁工作者关注的重点。作为传统的农业大国，我国生 物资源丰富，仅农业秸秆类生物质资源每年的产量就超过7亿吨，约合3.5亿 吨标准煤。与传统的煤炭等化石燃料相比，生物质是一种容量大、分布广、 可再生的清洁能源，作为CO2零排放的物质，在工业利用过程中不会向大气 中释放额外温室气体。因此，如果将生物质资源应用到焦化生产当中，在减 少高炉炼铁对煤炭资源消耗的同时，也能够提高生物质资源的利用效率，减 少露天燃烧对环境及社会的影响。
目前已有将生物质应用于炼焦生产工艺的相关报道。公开号为 CN105733624B的专利公开了一种包括生物质和低阶煤的型煤的焦化工艺，通 过将含有生物质的低阶煤型煤原料进行焦化处理，获得了粗煤气、焦油和粗 苯的混合物及副产品焦炭。该方法提高了秸秆、农林废弃物等生物质能源的 利用度，解决了现有捣固焦炉利用度低、焦化行业产能过程的问题。
公开号为CN108795463A的专利公开了一种采用木质生物质作为部分炼 焦原料进行炼焦的方法，通过将秸秆进行机械破碎、压块后低温炭化，获得 生物质热解炭，将生物质热解炭与基础煤混合后作为炼焦原料进行焦化生产。 该方法为木质生物质的高价值利用提供了一条新途径，将其应用于炼焦和炼 铁生产过程，可以减少CO2的排放，同时缓解炼焦煤资源短缺带来的压力。 公开号为CN106520246A的专利公开了一种生物质成型燃料应用于配煤炼焦 的方法，该方法将生物质热解炭化后获得的生物炭与煤沥青混合，然后压缩成型，将得到的生物质成型燃料应用于配煤炼焦。该方法可以降低炼焦生产 成本，节省大量优质煤炭资源，减少CO2和污染物的排放。题目为“生物质 混煤炼焦的实验研究”的武汉科技大学硕士论文，采用小焦炉实验分析了向 炼焦煤中添加生物质对焦炭质量的影响，结果表明随着生物质添加量的增加， 焦炭的反应性和反应后强度先改善而后快速劣化，合适的生物质添加量为 3％。
上述现有技术通过将生物质或生物质热解炭与炼焦煤混合后进行焦化生 产，能够一定程度节省大量优质煤炭资源，减少CO2和污染物的排放。但由 于生物质中含有较高的碱金属氧化物(K2O和Na2O)，导致制备的焦炭具有 反应性高、反应后强度低等问题，严重影响了其在高炉冶炼生产中的应用。 公开号为CN110358599A的专利公开了一种基于水热反应的农林废弃物脱碱 炭化方法。该方法提出了利用水热炭化法对农林废弃物进行处理，通过控制 水热反应的原料和反应条件，使利用价值较低的低发热值、高碱金属含量的 农林废弃物转化为高发热值、低碱金属含量的高品质生物质水热炭，提升了 农林废弃物的利用价值，具有积极的经济和生态意义。
有鉴于此，本发明将水热炭化处理制备的生物质水热炭与基础煤混合制 成炼焦原料，并对制备的生物质水热炭以及水热炭与基础煤组成的炼焦原料 的技术指标进行合理调控，然后进行炼焦生产，能够制备出性能良好的焦炭 产品。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种生物质水热 炭化处理制备炼焦原料的方法及其在炼焦生产中的应用。通过将水热炭化处 理制备的生物质水热炭与基础煤混合制成炼焦原料，并对制备的生物质水热 炭以及水热炭与基础煤组成的炼焦原料的技术指标进行合理调控，再进行炼 焦生产，能够制备出性能优异的焦炭产品。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，包括以下步骤：
S1.对生物质进行机械破碎，得到粒度小于5cm的生物质碎片；
S2.将步骤S1得到的所述生物质碎片加入补充水混匀后，放入高压反应釜 进行水热炭化处理，得到生物质水热炭；
S3.将步骤S2得到的所述生物质水热炭进行破碎和筛分，得到粒度小于 2mm的生物质水热炭粉体；
S4.将基础煤破碎成粒度小于3mm的原料，然后与步骤S3得到的所述生 物质水热炭粉体和水混合均匀，得到包含生物质水热炭的炼焦原料；
其中，所述炼焦原料中的水分含量为6～12％，所述生物质水热炭粉体的 质量为所述基础煤与生物质水热炭粉体质量之和的0.5％～20％。
进一步的，在步骤S2中，所述生物质水热炭中水分含量为5wt％～15wt％， 干基挥发分为20wt％～60wt％，干基灰分为0.2wt％～7.5wt％，干燥基碱金属 含量为0.01wt％～0.15wt％。
进一步的，在步骤S4中，所述基础煤为配合煤，所述配合煤破碎前的粒 度<6mm，干基挥发分为25wt％～32wt％，干基灰分为5wt％～9wt％。
进一步的，在步骤S2中，所述水热炭化处理的温度为160℃～374℃，保 温时间为0.5～4h，保温完成后降温冷却，得到生物质水热炭。
进一步的，在步骤S2中，所述生物质碎片与补充水的固液比为0.2:1～ 2:1kg/L。
进一步的，在步骤S2中，将所述水热炭化处理得到的混合物经过固液分 离和干燥，得到所述生物质水热炭。
进一步的，在步骤S2中，所述补充水包括但不限于为焦化废水、化工废 水、设备冷却水、生活污水以及水热炭化过程产生的废水经脱油、脱盐处理 后得到的循环水中的任一种或多种组成的混合水。
进一步的，所述生物质包括但不限于为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、 棉花杆和其它农业废弃物，以及树枝、树根、果核和其它林业废弃物中的一 种或多种混合物。
一种以上所述的方法制备的炼焦原料在炼焦生产中的应用，将以上所述 的方法制备的炼焦原料在炼焦炉中进行炼焦生产，得到焦炭。
进一步的，所述炼焦炉为顶状焦炉、捣鼓焦炉或卧式焦炉。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方 法及其在炼焦生产中的应用具有如下有益效果：
(1)本发明提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，对生物质 原料进行水热炭化处理，并通过优化水热炭化工艺参数，将其水热分解为灰 分和碱金属含量低、固定碳含量高、水分含量适中的高品质生物质水热炭， 使其性能满足焦化生产的质量要求。采用水热炭化处理，在亚临界水中对生 物质进行炭化提质，具有加热均匀、固液接触充分的特点，使得制备的生物 质水热炭性能均匀稳定，而且还能对生物质水热炭中的水分含量进行合理调 控，从而有助于对炼焦原料的水分进行调控。将其与基础煤混合，并添加适 量的水，调控炼焦原料中的水分含量为6～12％，有助于解决炼焦原料中细煤 粉的过度干燥问题，且能保证水分的分布不一致性偏差小于2％，从而制得性 能优异的焦炭产品。
(2)本发明提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，采用水热 炭化处理，在亚临界水中对生物质进行炭化提质，该技术具有反应条件温和、 二次污染风险较小、能耗和成本低的特点。而目前尚未见有将水热炭化处理 得到的水热炭应用于炼焦生产的研究，本发明巧妙的发现，通过合理控制水 热条件及原料配比，能够显著提高焦炭产品性能。生物质水热炭化过程中产 生的废水经脱油、脱盐处理后还可循环利用，因此整个处理过程无有害物质 排放，实现了生物质的资源化利用和降低炼焦成本、节约焦煤资源、减少CO2和污染物排放的目的，具有良好的环境和经济效益。
(3)本发明提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，以生物质 为原料，水热炭化过程使用的水分可来自于焦化废水、化工废水、设备冷却 水、生活污水以及水热炭化过程产生的废水经脱油、脱盐处理后得到的循环 水中，原料来源丰富、成本低廉，并能使废弃物得到充分利用，具有良好的 环境和经济效益。
附图说明
图1为本发明提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法及应用于 炼焦生产的整个工艺流程框图。
具体实施方式
以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到 的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供的一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料 的方法，包括以下步骤：
S1.对生物质进行机械破碎，得到粒度小于5cm的生物质碎片；
S2.将步骤S1得到的所述生物质碎片加入补充水混匀后，放入高压反应釜 进行水热炭化处理，得到生物质水热炭；
S3.将步骤S2得到的所述生物质水热炭进行破碎和筛分，得到粒度小于 2mm的生物质水热炭粉体；
S4.将基础煤破碎成粒度小于3mm的原料，然后与步骤S3得到的所述生 物质水热炭粉体和水混合均匀，得到包含生物质水热炭的炼焦原料；
其中，所述炼焦原料中的水分含量为6～12％，所述生物质水热炭粉体的 质量为所述基础煤与生物质水热炭粉体质量之和的0.5％～20％。
通过采用上述技术方案，对生物质原料进行水热炭化处理，并通过优化 水热炭化工艺参数，将其水热分解为灰分和碱金属含量低、固定碳含量高、 水分含量适中的高品质生物质水热炭，使其性能满足焦化生产的质量要求。 采用水热炭化处理，在亚临界水中对生物质进行炭化提质，具有加热均匀、 固液接触充分的特点，使得制备的生物质水热炭性能均匀稳定，而且还能对 生物质水热炭中的水分含量进行合理调控，从而有助于对炼焦原料的水分进 行调控。将其与基础煤混合，并添加适量的水，调控炼焦原料中的水分含量 为6～12％，有助于解决炼焦原料中细煤粉的过度干燥问题，且能保证水分的 分布不一致性偏差小于2％，从而制得性能优异的焦炭产品。生物质水热炭化 过程中产生的废水经脱油、脱盐处理后可循环利用，因此整个处理过程无有 害物质排放，实现了生物质的资源化利用和降低炼焦成本、节约焦煤资源、 减少CO2和污染物排放的目的，具有良好的环境和经济效益。
进一步的，在步骤S2中，控制所述生物质水热炭中水分含量为5wt％～ 15wt％，干基挥发分为20wt％～60wt％，干基灰分为0.2wt％～7.5wt％，干燥 基碱金属含量为0.01wt％～0.15wt％。通过优化水热炭化工艺参数，将其水热 分解为灰分和碱金属含量低、固定碳含量高、水分含量适中的高品质生物质 水热炭，使其性能满足焦化生产的质量要求。
进一步的，在步骤S4中，所述基础煤为配合煤，所述配合煤破碎前的粒 度<6mm，干基挥发分为25wt％～32wt％，干基灰分为5wt％～9wt％。所述配 合煤可以选自肥煤、焦煤、瘦煤、气煤中的任意两种或多种。
进一步的，在步骤S2中，所述水热炭化处理的温度为160℃～374℃，保 温时间为0.5～4h，保温完成后降温冷却，得到生物质水热炭。
进一步的，在步骤S2中，所述生物质碎片与补充水的固液比为0.2:1～ 2:1kg/L。
进一步的，在步骤S2中，将所述水热炭化处理得到的混合物经过固液分 离和干燥，得到所述生物质水热炭。
进一步的，在步骤S2中，所述补充水包括但不限于为焦化废水、化工废 水、设备冷却水、生活污水以及水热炭化过程产生的废水经脱油、脱盐处理 后得到的循环水中的任一种或多种组成的混合水。
进一步的，所述生物质包括但不限于为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、 棉花杆和其它农业废弃物，以及树枝、树根、果核和其它林业废弃物中的一 种或多种混合物。
一种以上所述的方法制备的炼焦原料在炼焦生产中的应用，将以上所述 的方法制备的炼焦原料在炼焦炉中进行炼焦生产，得到焦炭。
进一步的，所述炼焦炉为顶状焦炉、捣鼓焦炉或卧式焦炉。
实施例1
一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，将来自农业生产的玉米 秸秆作为生物质原料为例，包括如下步骤：
(1)将收集得到的玉米秸秆利用剪切粉碎机粉碎为粒度成小于5mm的 碎片。将剪碎后玉米秸秆和焦化废水按照2:1kg/L的比例进行混匀后加入高压 反应釜中；密封反应釜后开始加热，温度升高160℃后开始计时，反应4h后 停止加热；温度降至60℃时打开反应釜，将反应物转移至固液分离装置进行 固体产物和液体产物分离得到玉米秸秆水热炭，液相产物经过脱油、脱盐净 化处理后剩余的废水进行循环利用；玉米秸秆水热炭经干燥后进行成分检测， 收到基水分含量11.3％，干燥基挥发分为56.5％，干燥基灰分为3.3％，干燥基碱金属含量为0.08％。
(2)将制备得到的玉米秸秆水热炭进行破碎和筛分，选取粒度小于2mm 的试样使用；选取粒度小于6mm炼焦配合煤进行破碎和筛分，获得粒度小于 3mm的样品作为配合煤使用，配合煤的挥发分含量28.4％，灰分含量6.3％。
(3)将制备得到的玉米秸秆水热炭添加到配合煤中进行充分的混合，玉 米秸秆水热炭的干基质量配比为8.3％，向混合后的混合物中加入一定的水分， 保证混合物水分为7.3％；得到炼焦原料。
一种上述制备的炼焦原料在炼焦生产中的应用，包括如下步骤：
将混合物加入到顶状焦炉中，按照一定的升温制度进行炼焦生产得到质 量合格的焦炭产品。
对焦炭质量进行检测的结果为：挥发分为1.3％，灰分9.8％，CRI为28.5％， CSR为57.6％，M40为82.6％，M10为11.3％。相比公开号为CN108795463A 的专利提供的方法制备的焦炭，CRI和M10显著降低，CSR和M40显著升高， 说明本发明制备的焦炭的反应性低、抗碎强度和耐磨强度较优。这可能是因 为水热炭化制备的水热炭中灰分含量降低，特别是灰分中碱金属含量的减少 改善了制备焦炭的冶金性能。因此，本发明具有反应条件温和、二次污染风 险较小、能耗和成本低、制备的焦炭性能优异的特点。
实施例2～5
实施例2～5提供了一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，与实 施例1相比，不同之处在于玉米秸秆和焦化废水的固液比、水热炭化温度及 水热炭化时间如表1所示。其他制备方法及在炼焦生产中的应用方法与实施 例1大致相同，在此不再赘述。
表1实施例2～5的制备条件及制备的水热炭的技术指标
Figure BDA0002597842250000091
表2实施例2～5制备的焦炭性能
实施例 挥发分(％) 灰分(％) CRI(％) CSR(％) M40(％) M10(％)
实施例2 1.3 9.6 27.6 58.2 82.9 11.1
实施例3 1.2 9.3 27.3 59.2 83.2 10.9
实施例4 1.2 9.4 27.2 59.3 83.3 10.9
实施例5 1.1 9.1 26.9 60.3 84.6 10.5
由表1可以看出，实施例2～5制备的水热炭的干收到基水分在7.6％～ 9.6％之间，干燥基挥发分在30.3％～49.3％之间，灰分含量为2.3％～3.2％。 相比于固液比和水热炭化时间，水热炭化温度对制备的玉米秸秆水热炭的成 分影响更明显，随着水热炭化温度的增加，玉米秸秆水热炭水分含量降低， 干燥基挥发分和灰分含量也逐渐减少。主要原因可能是较高的水热炭化温度 能够促进玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素等主要成分的降解，加快挥 发分的脱除，同时试样中的灰分也加快了向液相中的迁移。
将制备得到的玉米秸秆水热炭进行破碎和筛分，选取粒度小于2mm的试 样与配合煤进行焦化生产。制备获得焦炭的挥发分在1.1％～1.3％之间，灰分 含量为9.1％～9.6％之间，CRI为26.9％～27.6％之间，CSR为58.2％～60.3％ 之间，M40为82.9％～84.6％之间，M10为10.5％～11.1％之间。从表2可以 看出，不同条件下制备焦炭的冶金性能稍有差异，分析其主要原因为较高水 热炭化温度条件下制备的水热炭中灰分含量降低，特别是灰分中碱金属含量 的减少改善了制备焦炭的冶金性能。
实施例6～15
实施例6～15提供的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，与实施 例1相比，不同之处在于，炼焦原料中的水分含量、玉米秸秆水热炭在混合 煤(水热炭与配合煤的总和)中的质量含量、配合煤的挥发分含量及灰分含 量如表3所示。其他制备方法及在炼焦生产中的应用方法与实施例1大致相 同，在此不再赘述。
表3实施例6～15的制备参数
实施例 水热炭含量(％) 配合煤挥发分(％) 配合煤灰分(％) 炼焦原料水分(％)
实施例6 20 25.0 9.0 12.0
实施例7 17.5 25.0 9.0 12.0
实施例8 14.8 28.3 7.8 10.1
实施例9 12.6 28.3 7.8 10.1
实施例10 9.5 31.1 6.3 8.3
实施例11 6.8 31.1 6.3 8.3
实施例12 3.4 32.0 5.0 6.0
实施例13 0.5 32.0 5.0 6.0
实施例14 8.3 28.4 6.3 6
实施例15 8.3 28.4 6.3 12
表4实施例6～15制备的焦炭的性能测试结果
Figure BDA0002597842250000101
Figure BDA0002597842250000111
由表4可以看出，实施例6～15制备获得焦炭的挥发分在1.1％～1.5％之 间，灰分含量为7.3％～12.8％之间，CRI为25.8％～29.4％之间，CSR为55.3％～ 59.6％之间，M40为80.2％～86.7％之间，M10为10.2％～12.7％之间。可以看 出提高玉米秸秆水热炭的含量后，制备焦炭的灰分含量降低、CRI增加、CSR 减小、M40减小、M10增加。主要原因可能是玉米秸秆水热炭没有粘结性， 在焦化过程中对胶质体的形成贡献较小，主要充当瘦化剂的作用。配合煤的 质量对制备焦炭的性能具有重要的影响，在挥发分为28.3％和31.1％的配合煤 炼制出来的焦炭质量最好。从实施例1及实施例14和15可以看出，当炼焦 原料中水分含量达到12％时，焦炭仍具有相对较高的反应后强度、抗碎强度 和耐磨强度，即在保证焦炭良好性能的同时，能够解决炼焦原料中细煤粉的 过度干燥问题，且能保证水分的分布不一致性偏差小于2％，从而提高焦炭产 品性能的均匀性。
实施例16～19
实施例16～19提供了一种生物质水热炭化处理应用于炼焦生产的方法， 与实施例1相比，不同之处在所使用的生物质原料不同，各实施例对应的具 体值如表5所示。其他制备方法及在炼焦生产中的应用方法与实施例1大致 相同，在此不再赘述。
表5实施例16～19对应的生物质原料种类
Figure BDA0002597842250000112
Figure BDA0002597842250000121
表6实施例16～19制备的水热炭的技术指标
实施例 收到基水分(％) 干燥基挥发分(％) 灰分(％) 碱金属(％)
实施例14 11.2 38.3 7.5 0.15
实施例15 15.0 42.6 4.2 0.08
实施例16 9.7 32.1 3.7 0.03
实施例17 5.0 28.9 0.2 0.02
表7实施例16～19中步骤(5)制得的焦炭的性能
实施例 挥发分(％) 灰分(％) CRI(％) CSR(％) M40(％) M10(％)
实施例14 1.3 10.6 31.6 53.1 76.5 16.6
实施例15 1.2 9.7 28.6 55.3 82.1 12.1
实施例16 1.2 9.6 28.3 56.6 83.2 11.7
实施例17 1.3 8.5 25.2 60.5 87.8 9.3
由表7可以看出，实施例16～19制备的焦炭的冶金性能能够满足高炉冶 炼的要求，其中松木作为生物质原料时制备的焦炭冶金性能最好，灰分仅为 8.5％，CRI达到了25.2％，CSR为60.5％，M40和M10的值分别达到了87.8％ 和9.3％，可以满足大高炉生产对焦炭质量的要求。
综上所述，本发明采用水热炭化处理，在亚临界水中对生物质进行炭化 提质，具有加热均匀、固液接触充分的特点，使得制备的生物质水热炭性能 均匀稳定，而且还能对生物质水热炭中的水分含量进行合理调控，从而有助 于对炼焦原料的水分进行调控。将其与基础煤混合，并添加适量的水，调控 炼焦原料中的水分含量为6～12％，有助于解决炼焦原料中细煤粉的过度干燥 问题，且能保证水分的分布不一致性偏差小于2％，从而制得性能优异的焦炭 产品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根 据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对生物质进行机械破碎，得到粒度小于5cm的生物质碎片；
S2.将步骤S1得到的所述生物质碎片加入补充水混匀后，放入高压反应釜进行水热炭化处理，得到生物质水热炭；
S3.将步骤S2得到的所述生物质水热炭进行破碎和筛分，得到粒度小于2mm的生物质水热炭粉体；
S4.将基础煤破碎成粒度小于3mm的原料，然后与步骤S3得到的所述生物质水热炭粉体和水混合均匀，得到包含生物质水热炭的炼焦原料；
其中，所述炼焦原料中的水分含量为6～12％，所述生物质水热炭粉体的质量为所述基础煤与生物质水热炭粉体质量之和的0.5％～20％。
2.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述生物质水热炭中水分含量为5wt％～15wt％，干基挥发分为20wt％～60wt％，干基灰分为0.2wt％～7.5wt％，干燥基碱金属含量为0.01wt％～0.15wt％。
3.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述基础煤为配合煤，所述配合煤破碎前的粒度<6mm，干基挥发分为25wt％～32wt％，干基灰分为5wt％～9wt％。
4.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述水热炭化处理的温度为160℃～374℃，保温时间为0.5～4h，保温完成后降温冷却，得到生物质水热炭。
5.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述生物质碎片与补充水的固液比为0.2:1～2:1kg/L。
6.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S2中，将所述水热炭化处理得到的混合物经过固液分离和干燥，得到所述生物质水热炭。
7.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述补充水包括但不限于为焦化废水、化工废水、设备冷却水、生活污水以及水热炭化过程产生的废水经脱油、脱盐处理后得到的循环水中的任一种或多种组成的混合水。
8.根据权利要求1所述的生物质水热炭化处理制备炼焦原料的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述生物质包括但不限于为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、棉花杆和其它农业废弃物，以及树枝、树根、果核和其它林业废弃物中的一种或多种混合物。
9.一种权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法制备的炼焦原料在炼焦生产中的应用，其特征在于，将权利要求1至8中任一项权利要求所述的方法制备的炼焦原料在炼焦炉中进行炼焦生产，得到焦炭。
10.根据权利要求9所述的炼焦原料在炼焦生产中的应用，其特征在于，所述炼焦炉为顶状焦炉、捣鼓焦炉或卧式焦炉。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113174272A (zh) * 2021-04-07 2021-07-27 徐州工业职业技术学院 作为焦炭制备瘦化剂的竹炭粉制备方法及焦炭瘦化工艺
CN113522257A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 中国矿业大学 高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法
CN114317885A (zh) * 2022-01-11 2022-04-12 安徽工业大学 一种生物质电炉发泡剂及其制作方法和应用方法
CN115321536A (zh) * 2022-04-14 2022-11-11 中晶城康资源再生利用技术有限公司 一种高含水有机废弃物水热炭化制备成型活性炭的处理工艺及处理系统
CN116656388A (zh) * 2022-02-28 2023-08-29 深圳世纪星源股份有限公司 湿生物质废弃物的共液碳化处理方法、装置及用途

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008043902A (ja) * 2006-08-18 2008-02-28 Daiwa House Ind Co Ltd バイオマス資源の高効率利用方法
CN102875005A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 广东省生态环境与土壤研究所 一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺
CN104355519A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 华南理工大学 基于水热碳化和微波快速热解的污泥综合处理方法
CN107345145A (zh) * 2017-02-20 2017-11-14 Ava绿色化学发展有限责任公司 一种进行水热碳化反应的方法
CN108795463A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 宝山钢铁股份有限公司 采用木质生物质作为部分炼焦原料进行炼焦生产的方法
CN110257575A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 北京科技大学 一种基于水热反应处理农林废弃物制备炭化物用于高炉喷煤的工艺
CN110358599A (zh) * 2019-07-15 2019-10-22 北京科技大学 一种基于水热反应的农林废弃物脱碱炭化方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008043902A (ja) * 2006-08-18 2008-02-28 Daiwa House Ind Co Ltd バイオマス資源の高効率利用方法
CN102875005A (zh) * 2012-09-07 2013-01-16 广东省生态环境与土壤研究所 一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺
CN104355519A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 华南理工大学 基于水热碳化和微波快速热解的污泥综合处理方法
CN107345145A (zh) * 2017-02-20 2017-11-14 Ava绿色化学发展有限责任公司 一种进行水热碳化反应的方法
CN108795463A (zh) * 2017-04-28 2018-11-13 宝山钢铁股份有限公司 采用木质生物质作为部分炼焦原料进行炼焦生产的方法
CN110257575A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 北京科技大学 一种基于水热反应处理农林废弃物制备炭化物用于高炉喷煤的工艺
CN110358599A (zh) * 2019-07-15 2019-10-22 北京科技大学 一种基于水热反应的农林废弃物脱碱炭化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宁平: "《生物质活性炭催化剂的制备及脱硫应用》", 31 October 2020, 冶金工业出版社 *
毛小云: "《废弃物农用功能化理论与技术》", 31 July 2017, 华南理工大学出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113174272A (zh) * 2021-04-07 2021-07-27 徐州工业职业技术学院 作为焦炭制备瘦化剂的竹炭粉制备方法及焦炭瘦化工艺
CN113522257A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 中国矿业大学 高性能除Cr(VI)煤基功能材料的制备方法及使用方法
CN114317885A (zh) * 2022-01-11 2022-04-12 安徽工业大学 一种生物质电炉发泡剂及其制作方法和应用方法
CN114317885B (zh) * 2022-01-11 2022-11-22 安徽工业大学 一种生物质电炉发泡剂及其制作方法和应用方法
CN116656388A (zh) * 2022-02-28 2023-08-29 深圳世纪星源股份有限公司 湿生物质废弃物的共液碳化处理方法、装置及用途
CN116656388B (zh) * 2022-02-28 2024-04-16 深圳市海立方生物科技有限公司 湿生物质废弃物的共液碳化处理方法、装置及用途
CN115321536A (zh) * 2022-04-14 2022-11-11 中晶城康资源再生利用技术有限公司 一种高含水有机废弃物水热炭化制备成型活性炭的处理工艺及处理系统

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