利用廢木料、秸稈等生物質(zhì)資源來(lái)煉鐵

      隨著鋼鐵產(chǎn)量的劇增，冶金煤炭資源，尤其是焦煤資源日益匱乏，節(jié)約傳統(tǒng)能源、開發(fā)新能源的需求十分迫切。鋼鐵行業(yè)作為CO2等溫室氣體的排放大戶，減排任務(wù)十分艱巨。廢木料、秸稈等生物質(zhì)資源分布廣、產(chǎn)量大，是唯一一種可再生的碳中性碳源，與傳統(tǒng)化石能源相比具有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保優(yōu)勢(shì)和社會(huì)效益。如果能將其在鋼鐵生產(chǎn)中合理應(yīng)用，則對(duì)于企業(yè)的節(jié)能減排、降低成本具有重大意義。

　　但是，生物質(zhì)資源通常具有可磨性差、體積密度小、能量密度低和水分含量高等缺陷，這限制了其在工業(yè)中的直接利用，因此通常需要對(duì)生物質(zhì)資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理。生物質(zhì)資源經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化可獲得直接的熱能或生物油、可燃?xì)怏w和生物質(zhì)焦等。生物質(zhì)經(jīng)碳化處理后可得到生物質(zhì)焦，其可磨性大幅改善，能量密度提高，可用作高爐爐料來(lái)煉鐵。廢木料、秸稈等生物質(zhì)的碳化過(guò)程包括水分的失去、揮發(fā)分的析出和纖維素、木質(zhì)素的分解等，碳化后的殘留物即為生物質(zhì)焦。

　　比較近，北京科技大學(xué)用某木材廠的廢白松木料，進(jìn)行了生物質(zhì)焦的制備試驗(yàn)。生物質(zhì)的碳化過(guò)程大致可分為三個(gè)階段: 首先是生物質(zhì)的干燥脫水階段(50～110℃); 其次是生物質(zhì)的快速碳化階段 (230～500℃)，生物質(zhì)中的纖維素和木質(zhì)素快速熱解，并產(chǎn)生可燃?xì)怏w和固體生物質(zhì)焦等，比較后是碳化結(jié)束階段。

　　試驗(yàn)表明，生物質(zhì)的碳化主要發(fā)生在230～500℃的溫度范圍內(nèi)，至700℃基本碳化完全，繼續(xù)升溫對(duì)其質(zhì)量的影響不大。碳化溫度500～700℃ 時(shí)，生物質(zhì)焦產(chǎn)率下降平緩，近似呈較平坦的線性關(guān)系; 碳化溫度大于700℃時(shí)，生物質(zhì)焦的產(chǎn)率已基本不受碳化溫度的影響。綜合考慮生物質(zhì)焦的可磨性和產(chǎn)率，生物質(zhì)焦制備的合理碳化溫度范圍為500～700℃。在碳化溫度定為500～700℃ 時(shí)，制備生物質(zhì)焦的保溫時(shí)間可以定為30 min甚至更短以提高效率。

　　由于生物質(zhì)中的纖維素和木質(zhì)素在碳化過(guò)程中被分解掉，利用制樣機(jī)很容易將生物質(zhì)焦破碎至小于50μm 的粒度。生物質(zhì)焦粉的微觀結(jié)構(gòu)大部分呈薄片狀，而煤粉則呈顆粒狀。因此，生物質(zhì)焦具有較高的比表面積，這保證了生物質(zhì)焦有較高的反應(yīng)性。生物質(zhì)經(jīng)碳化后其固定碳含量大大提高，甚至超過(guò)無(wú)煙煤; 生物質(zhì)焦的水分含量與煙煤相近，揮發(fā)分含量比煙煤低; 生物質(zhì)焦的 N、S 含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于各種煤，C含量比煤高; 經(jīng)碳化后生物質(zhì)的氧元素含量大大降低，接近于煙煤的水平，氫元素含量在煙煤和無(wú)煙煤之間; 生物質(zhì)焦的熱值達(dá)到 31.48 MJ·kg-1，具有替代煉鐵用煤炭資源的潛力。另外，試驗(yàn)還表明，生物質(zhì)焦的轉(zhuǎn)化率大大高于同一溫度條件下煤樣的轉(zhuǎn)化率，且生物質(zhì)焦燃點(diǎn)和完全轉(zhuǎn)化溫度均較低，即生物質(zhì)焦的燃燒較快，燃燒性優(yōu)于煤樣。