[发明专利]一种生物质炭还原剂的制取与工业硅生产联合工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用冶金生产过程烟气余热资源制取生物质炭还原剂，并以此取代木炭实现工业硅的生产，该技术是一种新型的生物质炭制取和工业硅生产联合工艺，生产过程具有显著的节能、环保和可持续性。属于冶金节能减排新技术。

背景技术

按照“国家十一五科学技术发展规划”和“国家发改委能源十一五发展规划”的基本要求和发展思路，大力发展新的能源工业、调整能源结构、提高能源综合利用率已成为当务之急。针对节能减排应对气候变化，中国政府已决定到2020年单位GDP碳排放量比2005年减少40～45％，非化石能源消费占15％，减少碳排放量已成为我国各级政府和部门的当务之急。可再生能源是新能源工业的核心组成部分，是重点发展的方向领域；生物质能的综合利用是近年逐步发展起来的新兴能源产业，非粮化生物质能的综合利用，是发展可再生新型能源的发展方向。目前全国农作物秸秆年产生量约6亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，大约3亿吨可作为燃料使用，折合约1.5亿吨标准煤。林木枝桠和林业废弃物年可获得量约9亿吨，大约3亿吨可作为能源利用，折合约2亿吨标准煤。因此，发展利用好这些非粮生物质资源，对增加能源供应量，保证国家能源安全将会起到重要作用。

生物质热解是一种重要的生物质能源高质利用过程，其可以产生附加值较高的还原剂炭、可燃气、木焦油以及木醋液，而可燃气可以用于生产更高附加值的化工产品。炭由于其灰分低，反应性能好，比表面积大，可大量用作冶金生产过程的优质还原剂。

工业硅是冶金用硅和化学用硅的基础原料。我国工业硅的年产量已达到120万吨。工业硅出口的国家和地区数近60个，年出口量已相当于西方发达国家总消费量的一半以上。中国的工业硅生产和出口，对世界硅业和相关产业发展有着举足轻重的影响。现有的工业硅生产工艺几乎全部采用碳热还原法，该方法是一个高资源消耗，高能耗的过程。仅就消耗的炭质还原剂而言，每生产1t工业硅需要消耗炭质还原剂约1.6t，其中木炭占60％。120万t的工业硅生产规模每年消耗的木炭量接近115万t，折合消耗的木材约575万t，这就需要消耗大量的森林资源，严重破坏了生态环境。我国森林覆盖面积不到国土面积的10％，与此同时，我国拥有大量的尚未充分利用的生物质资源，因此，开发和应用木炭代用品(新型还原剂如：生物质炭)具有重要意义。如能实现以生物质炭逐步替代现有的木炭型还原剂将在工业硅生产的资源消耗现状上得到很大改善；

工业硅生产过程排放大量的高品位余热资源，通过先进的余热利用技术将其用于生物质热解制取生物质炭的反应过程，将会使整个工业硅生产链能耗得到显著降低。生物质的热解过程在生产出生物质炭的同时还副产可燃气、木醋液和木焦油，后两种产品可以直接出售，而可燃气则可用于生产附加值更高的化工产品。

发明内容

鉴于以上技术背景，以生物质新能源利用为前提，围绕工业硅生产过程，本发明提出了如下的集生物质炭制取与工业硅生产有机结合的节能减排新技术，即：生物质筛选成型→余热利用→生物质热解→生物质炭→工业硅生产→硅产品。

在该过程中，以工业硅生产过程的高温烟气余热资源(工业硅生产中其矿热电炉产生的烟气在炉口烟道处温度高达900℃以上)作为生物质热解过程所必须热源，生物质热解过程产生的热解气可用于生产高附加值的化工产品，而热解后的固体产物——生物质炭可作为还原剂用于工业硅生产，除此之外在生物质热解中还可以获得木焦油与木醋酸等产品。

本发明提出利用冶金生产过程烟气余热进行生物质炭的制取与工业硅生产的联合工艺。具体内容和实施步骤如下：

(1)将硅冶炼电炉产生的高温烟气引入自行设计的“烟气余热型连续热解炉”，完成生物质热解过程。该热解炉分为四段，即：原料干燥段、预热段、干馏热解段和生物质炭出料段；在热解炉内部设计有高效的换热装置，通过该装置可以使出炉烟气温度降到400℃以下，热解炉干馏热解段温度维持在450-600℃之间；

(2)进入热解炉的生物质必须经过筛选、成型和预干燥，筛选的目的是使生产出的生物质炭质量满足工业硅的冶炼工艺要求，成型是为了获得一定形状与大小的生物质碳，预干燥使进入热解炉的生物质满足含水率要求；

(3)从热解炉出来的热解气经冷凝装置冷凝后，不凝气体经过净化工艺处理可用于制取甲醇等高附加值的化工产品，而冷凝液经分离工艺可获得木焦油和木醋酸等液态产品。