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随着硫铁产量的剧增,冶金煤炭资源,尤其是焦煤资源日益匮乏,节约传统能源、开发新能源的需求十分迫切。钢铁行业作为CO2等温室气体的排放大户,减排任务十分艰巨。废木料、秸秆等生物质资源分布广、产量大,是唯一一种可再生的碳中性碳源,与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。如果能将其在钢铁生产中合理应用,则对于企业的节能减排、降低成本具有重大意义。
但是,生物质资源通常具有可磨性差、体积密度小、能量密度低和水分含量高等缺陷,这限制了其在工业中的直接利用,因此通常需要对生物质资源进行转化处理。生物质资源经热化学转化可获得直接的热能或生物油、可燃气体和生物质焦等。生物质经碳化处理后可得到生物质焦,其可磨性大幅改善,能量密度提高,可用作高炉炉料来炼铁。废木料、秸秆等生物质的碳化过程包括水分的失去、挥发分的析出和纤维素、木质素的分解等,碳化后的残留物即为生物质焦。
最近,北京科技大学用某木材厂的废白松木料,进行了生物质焦的制备试验。生物质的碳化过程大致可分为三个阶段: 首先是生物质的干燥脱水阶段(50~110℃); 其次是生物质的快速碳化阶段 (230~500℃),生物质中的纤维素和木质素快速热解,并产生可燃气体和固体生物质焦等,最后是碳化结束阶段。
试验表明,生物质的碳化主要发生在230~500℃的温度范围内,至700℃基本碳化完全,继续升温对其质量的影响不大。碳化温度500~700℃ 时,生物质焦产率下降平缓,近似呈较平坦的线性关系; 碳化温度大于700℃时,生物质焦的产率已基本不受碳化温度的影响。综合考虑生物质焦的可磨性和产率,生物质焦制备的合理碳化温度范围为500~700℃。在碳化温度定为500~700℃ 时,制备生物质焦的保温时间可以定为30 min甚至更短以提高效率。