[发明专利]一种生物质坩埚焦的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种生物质坩埚焦的制备装置及方法。该装置包括加热炉、反应管装置、保护气供应装置、加压装置和尾气分析处理装置。制备方法包括：配制原料、装料、密封加压、排空、共热解和成焦等步骤。采用本发明可以获得高质量的生物质焦炭，并减少了保护气对坩埚的热冲击，同时尾气成分的数据可以用于生物质与煤混合共热解机理研究，实验装置安装简便，方法简单，且对环境不产生污染。另外，本发明中采用的生物质为唯一可再生清洁碳源，但利用较少。面对现今优质煤资源短缺、环境污染等问题，本发明提供了又一种生物质利用途径，对钢铁行业节能减排工作具有促进作用。

技术领域

本发明属于生物质混煤共热解制焦领域，具体涉及一种生物质坩埚焦的制备装置及方法。

背景技术

煤炭是我国重要的炼焦原料。我国煤炭资源丰富，已探明保有储量约1.3万亿吨，但是作为焦炭生产原料的炼焦煤资源却比较缺乏，仅占煤资源总量的22%左右。焦炭在钢铁行业的地位不可替代，我国每年用于钢铁业的焦炭量占全国总产量的80%左右。同时，煤炭资源的利用也伴随着大量CO₂、SO₂、NO_X等污染物排放，温室效应、酸雨等环境问题愈加严重。面对能源与环境双重压力，研究开发新型可再生能源来替代或减缓不可再生能源的消耗已成为钢铁企业面对的重大问题。生物质能由于其具有不断地可再生性、对环境友好性和能够抑制全球气候变暖等特点，成为一种最有竞争力的可再生能源。

纵观所有可再生能源，生物质是唯一可再生碳源，尤其以木本及草本生物质利用最多，其与煤相同，在高温下可以转化为固体、液体、气体产品。而目前生物质作为能源用途的仅占生物质总量的1%左右，主要应用在沼气、酒精、生物油等能源产品及生物质发电上。生物质在冶金行业的应用也仅仅是替代部分煤粉进行高炉喷吹。将生物质混入煤粉中进行共热解制焦工艺是生物质有效利用的又一新途径，由于生物质含硫量远低于普通炼焦煤且可实现“碳零排放”，生物质与煤混合共热解制焦工艺不仅可以解决能源问题，同时可以减少生物质的大量浪费，还可以减轻环境污染问题。生物质的有效利用是钢铁企业节能减排工作中重要的一环。

目前坩埚焦制备实验是对工业炼焦工艺的模拟，选取粒径小于3mm占总量85%以上的煤样，水分10%，堆密度0.75t/m³，煤样上加一压块；采用分段升温，室温~300℃，为4~5℃/min；300℃~750℃，为3℃/min；750~950℃，为4℃/min，并在950℃恒温0.5h。目前坩埚焦的制备通常在马弗炉中进行。

中国专利CN101260306公开了一种生产试验坩埚焦的方法：在坩埚内的干燥煤样上从下往上分别铺置带孔石棉纸、焦粉、带孔压块、焦粉，并采用与传统坩埚焦制备相似的分段升温程序来制备坩埚焦。该方法可弥补传统坩埚焦制备中因煤粒径选用过大而煤粉用量少、恒温过短而焦质量差、热解烟气未处理而破坏马弗炉元件的问题。

以上方法均可制备坩埚焦，但也仅是用于以煤粉为原料的坩埚焦制备，而对于生物质原料，其热解区间为200~420℃，几乎是在煤大量热解之前就已热解完成，故而，传统坩埚焦制备升温程序已不在实用于生物质坩埚焦的制备；传统坩埚焦制备对尾气未处理或处理粗糙，不能充分利用尾气数据，特别是对于需要获取热解气相关数据的研究，传统方法并不完美；另外，中国专利CN101260306公开了一种生产试验坩埚焦的方法中采用石棉纸、焦粉等对热解烟气进行吸收，也并未利用、分析烟气，还在一定程度上浪费了原料。

此外，以上方法均未考虑到热解时与坩埚接触的煤粉产生的焦油会因接触炙热的坩埚壁而迅速发生二次反应，产生热解气来不及导出而是回窜于煤粉中心，造成中心泡焦增多，焦炭质量变差的问题。采用以上方法制得的生物质坩埚焦通过国标GB/T 220-2001进行粒焦反应性实验，测得结果显示为反应性高、反应后强度低，达不到国家对冶金焦炭的质量指标要求，原因在于生物质在热解时不能生成胶质体，从而不能与煤粒直接粘接，也减弱了煤粒与煤粒间粘接能力，使得固化时形成半焦质量差，不致密，最终导致焦炭质量变差。

发明内容