CN103450915B - 一种冶金用生物质半焦的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冶金用生物质半焦的制造方法，将劣质煤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。本发明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，可以减少温室气体CO₂和有害气体SO₂的排放量；且碳质原料广泛，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。

Description

一种冶金用生物质半焦的制造方法

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 %
					62.7	2.08	30.43	4.73	0.16

表2  褐煤成分质量百分含量表

Mad  %	Aad  %	Vdaf  %	S %
				6.35	10.08	40.19	1.2

    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	6.35	10.1	40.19	1.2
高挥发分烟煤	5.13	8.62	38.42	0.95

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

	Mad	Aad	Vdaf	S
					褐煤	6.35	10.1	40.19	1.2
高挥发分烟煤	5.13	8.62	38.42	0.95
					瘦煤	5.68	14.8	13	0.68

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%。

Claims (4)

1.一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32％～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；

所述粘结剂为沥青、焦油渣、水玻璃中的任一种。

2.根据权利要求1所述的冶金用生物质半焦的制造方法，其特征在于，所述生物质炭粉的固定碳质量百分比大于60％。

3.根据权利要求1所述的冶金用生物质半焦的制造方法，其特征在于，所述劣质煤、生物质炭粉和粘结剂粒度＜3mm的大于90％。

4.根据权利要求1所述的冶金用生物质半焦的制造方法，其特征在于，所述高挥发分烟煤的挥发分质量百分比大于27％。