[發明專利]一種生物質坩堝焦的制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201610823347.5
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106635084B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 張生富;張青云;邱淑興;溫良英;扈玫瓏;張鵬奇;徐健;呂學偉;邱貴寶;黨杰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B53/04;C10B57/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 孔玲瓏

本發明公開了一種生物質坩堝焦的制備裝置及方法。該裝置包括加熱爐、反應管裝置、保護氣供應裝置、加壓裝置和尾氣分析處理裝置。制備方法包括：配制原料、裝料、密封加壓、排空、共熱解和成焦等步驟。采用本發明可以獲得高質量的生物質焦炭，并減少了保護氣對坩堝的熱沖擊，同時尾氣成分的數據可以用于生物質與煤混合共熱解機理研究，實驗裝置安裝簡便，方法簡單，且對環境不產生污染。另外，本發明中采用的生物質為唯一可再生清潔碳源，但利用較少。面對現今優質煤資源短缺、環境污染等問題，本發明提供了又一種生物質利用途徑，對鋼鐵行業節能減排工作具有促進作用。

技術領域

本發明屬于生物質混煤共熱解制焦領域，具體涉及一種生物質坩堝焦的制備裝置及方法。

背景技術

煤炭是我國重要的煉焦原料。我國煤炭資源豐富，已探明保有儲量約1.3萬億噸，但是作為焦炭生產原料的煉焦煤資源卻比較缺乏，僅占煤資源總量的22%左右。焦炭在鋼鐵行業的地位不可替代，我國每年用于鋼鐵業的焦炭量占全國總產量的80%左右。同時，煤炭資源的利用也伴隨著大量CO₂、SO₂、NO_X等污染物排放，溫室效應、酸雨等環境問題愈加嚴重。面對能源與環境雙重壓力，研究開發新型可再生能源來替代或減緩不可再生能源的消耗已成為鋼鐵企業面對的重大問題。生物質能由于其具有不斷地可再生性、對環境友好性和能夠抑制全球氣候變暖等特點，成為一種最有競爭力的可再生能源。

縱觀所有可再生能源，生物質是唯一可再生碳源，尤其以木本及草本生物質利用最多，其與煤相同，在高溫下可以轉化為固體、液體、氣體產品。而目前生物質作為能源用途的僅占生物質總量的1%左右，主要應用在沼氣、酒精、生物油等能源產品及生物質發電上。生物質在冶金行業的應用也僅僅是替代部分煤粉進行高爐噴吹。將生物質混入煤粉中進行共熱解制焦工藝是生物質有效利用的又一新途徑，由于生物質含硫量遠低于普通煉焦煤且可實現“碳零排放”，生物質與煤混合共熱解制焦工藝不僅可以解決能源問題，同時可以減少生物質的大量浪費，還可以減輕環境污染問題。生物質的有效利用是鋼鐵企業節能減排工作中重要的一環。

目前坩堝焦制備實驗是對工業煉焦工藝的模擬，選取粒徑小于3mm占總量85%以上的煤樣，水分10%，堆密度0.75t/m³，煤樣上加一壓塊；采用分段升溫，室溫~300℃，為4~5℃/min；300℃~750℃，為3℃/min；750~950℃，為4℃/min，并在950℃恒溫0.5h。目前坩堝焦的制備通常在馬弗爐中進行。

中國專利CN101260306公開了一種生產試驗坩堝焦的方法：在坩堝內的干燥煤樣上從下往上分別鋪置帶孔石棉紙、焦粉、帶孔壓塊、焦粉，并采用與傳統坩堝焦制備相似的分段升溫程序來制備坩堝焦。該方法可彌補傳統坩堝焦制備中因煤粒徑選用過大而煤粉用量少、恒溫過短而焦質量差、熱解煙氣未處理而破壞馬弗爐元件的問題。

以上方法均可制備坩堝焦，但也僅是用于以煤粉為原料的坩堝焦制備，而對于生物質原料，其熱解區間為200~420℃，幾乎是在煤大量熱解之前就已熱解完成，故而，傳統坩堝焦制備升溫程序已不在實用于生物質坩堝焦的制備；傳統坩堝焦制備對尾氣未處理或處理粗糙，不能充分利用尾氣數據，特別是對于需要獲取熱解氣相關數據的研究，傳統方法并不完美；另外，中國專利CN101260306公開了一種生產試驗坩堝焦的方法中采用石棉紙、焦粉等對熱解煙氣進行吸收，也并未利用、分析煙氣，還在一定程度上浪費了原料。

此外，以上方法均未考慮到熱解時與坩堝接觸的煤粉產生的焦油會因接觸炙熱的坩堝壁而迅速發生二次反應，產生熱解氣來不及導出而是回竄于煤粉中心，造成中心泡焦增多，焦炭質量變差的問題。采用以上方法制得的生物質坩堝焦通過國標GB/T 220-2001進行粒焦反應性實驗，測得結果顯示為反應性高、反應后強度低，達不到國家對冶金焦炭的質量指標要求，原因在于生物質在熱解時不能生成膠質體，從而不能與煤粒直接粘接，也減弱了煤粒與煤粒間粘接能力，使得固化時形成半焦質量差，不致密，最終導致焦炭質量變差。

發明內容