【正文】 生物碳涉及到近期生長的生物材料碳源。作為溫室氣體排放的主要工業(yè)部門之一的加拿大鋼鐵工業(yè)，最近若干年已連續(xù)不斷，且大幅度地減少了能源消耗和CO2排放。完成了用碳生命周期對生物碳煉鐵工藝前景評價和技術(shù)路線的可行性研究；完成了加拿大工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)煉鐵所需生物碳資源的客觀形勢分析以及路邊林業(yè)殘余生物碳的收集、加工與運(yùn)輸方案確定和生物質(zhì)煉鐵的CO2排放計算。④山能源作物—常規(guī)農(nóng)業(yè)和/或能源作物—林業(yè)組成的聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，有利于保護(hù)生物多樣性、土壤肥力和自然生態(tài)，是主要發(fā)展方向。土壤退化和水資源短缺程度，對保護(hù)生物多樣性和自然環(huán)境的影響?；谌祟惿鐣闹饔^努力，生物質(zhì)資源量在21世紀(jì)前半葉有可能取得成倍增長。廣義的一級生物質(zhì)資源包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物、畜禽糞便、能夠種植的能源作物等4類，二級生物質(zhì)資源則有米糠、玉米芯、蔗渣和鋸末等。目前，對于發(fā)展第二代生物燃料尚有幾個問題存在爭議.①以纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)的生物燃料能否解決環(huán)境、原料供應(yīng)等方面的不可持續(xù)問題。近年來，美國等國家為第二代生物燃料技術(shù)的研究開發(fā)投入了大量資金，但仍然有一些技術(shù)障礙需要通過研發(fā)和工業(yè)示范來克服。消費(fèi)品種包括農(nóng)林業(yè)和城市廢棄物等，還有少量的糖料（甘蔗、甜菜）、谷物（玉米）和植物油，其中農(nóng)林業(yè)廢棄物大部分被用作傳統(tǒng)的民用燃料，糖料、谷物和植物油主要用于生產(chǎn)第一代生物燃料。我國也將發(fā)展生物質(zhì)能列入國家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，以綠色能源生產(chǎn)綠色產(chǎn)品，實現(xiàn)我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從單純利用生物質(zhì)能發(fā)電到生物質(zhì)多能源、多產(chǎn)品產(chǎn)出的“多聯(lián)產(chǎn)”方向發(fā)展。農(nóng)林廢棄物相對于煤炭，由于其自身的特點有著一定的劣勢，農(nóng)林廢棄物分布廣泛，能量密度低，收集儲運(yùn)復(fù)雜，從而所產(chǎn)生的成本限制了農(nóng)林廢棄物的大規(guī)模利用。對傳統(tǒng)鋼鐵流程（目前世界70%鋼鐵都通過此流程生產(chǎn)），當(dāng)生物炭的替代率為47%時，對比分析了不同的鋼鐵年產(chǎn)量和不同木質(zhì)生物質(zhì)單位公頃年收獲量的情況下，木質(zhì)生物質(zhì)所需的種植面積，% 。三是特性優(yōu)勢。一般而言，與煤等化石燃料相比，生物質(zhì)焦普遍具有以下優(yōu)點：一是環(huán)保優(yōu)勢。生物質(zhì)資源通過轉(zhuǎn)化處理可獲得各種燃料或化學(xué)物質(zhì)。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)對秸稈的精細(xì)破碎不會造成其組織結(jié)構(gòu)的變化，同時利用熱重分析法對燃燒性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明秸稈生物質(zhì)粉體的開始燃燒溫度和燃燒時間較煤粉短，燃燒速度快。關(guān)于添加生物質(zhì)的配比和優(yōu)化焦炭質(zhì)量，今后還需探討和研究。將廢塑料（約含2%的纖維素）添加到煉焦煤中，也可明顯降低煉焦壓力[30]。巴西國家黑色冶金公司[28]也對此開展了焦?fàn)t試驗，在配煤中添加不同的生物材料（炭化水稻殼、炭化椰殼、大豆皮、咖啡豆和木炭），試驗結(jié)果在CSR /CRI和流動性等方面與加拿大礦產(chǎn)和能源技術(shù)中心研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，配煤中加入2%~10%的木炭（粒徑0. 25mm）可使焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）降低[26]，焦炭反應(yīng)性（ CRI）升高，且隨著木炭加入量提高變化趨勢增強(qiáng)。盡管生物質(zhì)能在煉鐵過程中的應(yīng)用較少，且大多處于起步階段，但是其開發(fā)潛力巨大。某些高強(qiáng)度生物質(zhì)焦可以與焦炭混合直接加人高爐，從而可以代替部分冶金焦炭。利用生物質(zhì)能可以生產(chǎn)新型的含碳球團(tuán)等爐料，將這些高反應(yīng)性爐料應(yīng)用于高爐，可實現(xiàn)高爐低還原劑操作或低碳煉鐵。生物質(zhì)能在煉鐵過程中主要是用于替代部分煤粉或焦炭等化石能源，即替煤代焦。木材的炭化溫度越高，木炭的比表面積越大。焦炭在高爐冶煉過程中，CO2,O2和水蒸氣等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的能力，即焦炭氣化特會與CO2,O2和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng):C+O2=CO2（21）C+1/2O2=CO （22）C+CO2=2CO（23）C+H2O=CO+H2（24）由于焦炭與O2和H2O的反應(yīng)與CO2反應(yīng)相類似的規(guī)律，因此一般都用焦炭與CO2的反應(yīng)特性來評定焦炭的反應(yīng)性。當(dāng)噴吹濃度和噴吹速度相同時，沿風(fēng)口徑向煤氣中CO和O濃度變化規(guī)律基本相同，木炭的峰值溫度比煤粉的峰值溫度高了16℃（分別為1714℃和1698℃），木炭層中未燃煤粉的數(shù)量比焦炭低。在噴吹爐內(nèi)模擬燃燒帶氧化區(qū)進(jìn)行的燃燒試驗表明[12]，在氧濃度較低的條件下，木炭的燃燒率明顯高于煤粉，這是由于木炭表面的孔網(wǎng)纖維結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，氧擴(kuò)散速率增加，揮發(fā)份分解析出變快，進(jìn)而燃燒性能得到提高。采用熱重法對5種木炭和2種煤粉進(jìn)行了燃燒對比試驗，木炭的燃燒性優(yōu)于高揮發(fā)性煤，而低揮發(fā)性煤燃燒性最差。產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣：適用于所有爐具，可替代煤炭、用于取暖、洗浴、鍋爐及賓館酒店、單位食堂做飯及電廠發(fā)電等。農(nóng)作物、秸稈等生物質(zhì)制成秸稈煤后，其密度、強(qiáng)度、燃燒性能等都有了進(jìn)一步的改善。工業(yè)上可以用于鍋爐、煉鋼等等。小煤窯被強(qiáng)制關(guān)閉，將在一定時期內(nèi)導(dǎo)致原煤價格上漲。碳化過程中，不添加任何化工原料，不使用電，不使用碳化池以外的其它設(shè)備，炭化池?zé)o需密封或加蓋，整個碳化過程零成本，不會造成污染，加入粘合劑配方機(jī)制成型。由此原理而設(shè)計成的干餾式炭化爐，其關(guān)鍵是掌握好將燒著的秸稈放入炭化爐的火候。木材從表層首發(fā)散發(fā)出揮發(fā)物、水分、可燃?xì)怏w，然后通過燃燒這些揮發(fā)物來保持炭化爐溫度。將秸稈炭化后可以取代煤粉用于鑄型中的煤粉型水基涂料以及爐窯加熱噴射燃燒用的煤粉，而且其用量也很大。這些研究是將生物質(zhì)作為廉價供氫劑使用，針對高爐噴吹利用目的的研究還未見報道。一般來說，低溫慢速熱解通過增加保溫時間，可以提高木碳產(chǎn)量和能量密度，其質(zhì)量產(chǎn)率和能量產(chǎn)率分別可達(dá)到30%和50% 。目前在秸稈的利用途徑都存在著一些問題，應(yīng)該根據(jù)秸稈的組成特點，選擇合適的方式，優(yōu)化利用的方式方法，多元化利用秸稈，開發(fā)大規(guī)模高效率的利用秸稈的新途徑，提高其經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)秸稈市場的迅速形成。直燃供電技術(shù)，發(fā)電效率低，設(shè)備維護(hù)高，燃料結(jié)渣嚴(yán)重等。青貯利用雖然污染小、成本低，但是飼料質(zhì)量得不到保證，容易腐爛。通過合理的技術(shù)對農(nóng)林廢棄物中的蛋白質(zhì)和纖維素類物質(zhì)進(jìn)行處理，可以作為飼料利用。稻草在機(jī)械化粉碎過程中需要大量的資金投入，不能帶來農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)增收，因此推廣起來比較困難。過去主要是混合在畜禽糞便中發(fā)酵成有機(jī)肥，大量使用化肥后，傳統(tǒng)堆肥逐漸減少。%，%，%，%。如果能解決生物質(zhì)直接燃燒溫度低的問題，將其燃燒溫度提高到1400℃以上，甚至達(dá)到1800℃ ,將可廣泛應(yīng)用于工業(yè)能源領(lǐng)域。但目前固化技術(shù)仍存在許多問題，主要有:其一，對設(shè)備的要求較高，成型燃料的密度是決定成型炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，它與成型機(jī)的性能特別是螺桿的性能有極大關(guān)系。最近國外研究開發(fā)了快速熱解技術(shù)，即瞬時裂解，液體燃料油。間接液化是指把生物質(zhì)氣化成氣體后，再進(jìn)一步合成反應(yīng)成為液體產(chǎn)品，或者采用水解法，把生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為多糖，然后再用生物技術(shù)發(fā)酵成為酒精。當(dāng)前，生物質(zhì)氣化還需解決的問題主要有氣體凈化、廢水處理和氣體熱值偏低等問題。生物質(zhì)能的普遍的利用方式主要有生物化學(xué)（以厭氧消化和特種酶技術(shù)為主）和熱化學(xué)（包括直接燃燒、熱解、氣化和液化）兩種，熱化學(xué)技術(shù)能耗少、利用率高、容易大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，鑒于以上優(yōu)點，通過熱化學(xué)技術(shù)開發(fā)利用生物質(zhì)能是世界各國發(fā)展重點[2]。同時，生物質(zhì)在燃燒時可視為對地球不增加CO2排放（即和植物生長時吸收的CO2抵扣）。本文的研究對象為植物，從結(jié)構(gòu)構(gòu)成方面，植物材質(zhì)主要有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素三種成分組成。自古代以來，生物質(zhì)和木炭已被用作燃料和冶金過程中的還原劑，并且近來在巴西被廣泛用于煉鋼過程，從探索多種方式能源化利用的角度考慮，將農(nóng)林廢棄物用于煉鐵可以減少化石燃料的消耗，生物質(zhì)煉鐵表現(xiàn)在兩個方面:第一，農(nóng)林廢棄物所含有的氫元素化學(xué)能可以被充分利用，化石燃料大幅度節(jié)省。近年來，以CO2為主的溫室氣體排放一直是各國關(guān)注的重點，而且鋼鐵工業(yè)的溫室氣體排放量約占全球總排放量的5%，是對溫室氣體排放控制影響最大的產(chǎn)業(yè)。碳化玉米秸稈煉鐵的可行性研究碳化玉米秸稈煉鐵的可行性研究目錄1引言 1 3 3 4 6 6 7 9 10 11 1磁化鐵礦 12 12 13 14 14 15 203生物質(zhì)和煤粉的工業(yè)分析 23 23 23 23 23 24 24 24 24 24 25 254不同燃料的微觀形貌分析 265不同燃料的燃燒特性和紅外光譜分析 30 31 32 36碳化玉米秸稈煉鐵的可行性研究1引言鋼鐵產(chǎn)業(yè)在當(dāng)今仍然是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的工業(yè)之一，而煉鐵環(huán)節(jié)是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)最基本和最重要的一部分。所以目前的主要任務(wù)主要是對鋼鐵工業(yè)進(jìn)行改善，達(dá)到降低成本，減少污染的目的。生物質(zhì)是碳中性物質(zhì)，在燃燒時可視為對地球不增加CO2排放（即和植物生長時吸收的CO2抵扣）。2文獻(xiàn)綜述生物質(zhì)在狹義的定義范圍內(nèi)專指植物，如能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物，藻類等，而廣義上是指來源于動植物所有的有機(jī)物質(zhì)（不包括化石能源）。生物質(zhì)能是綠色環(huán)保能源，而且SN，很少，灰分相對于化石能源很低，因此燃燒后的污染物排放量減少。生物質(zhì)單位熱值低，而且需要較大的空間和原料投入等[1]。這種方法通過改變生物質(zhì)原料的形態(tài)來提高能量轉(zhuǎn)化效率，獲得高品位能源，生物質(zhì)氣化具有就地取材、廢物利用、減少污染、使用方便、衛(wèi)生等優(yōu)點。液化技術(shù)主要有間接液化和直接液化兩類。其比例根據(jù)不同的工藝條件而發(fā)生變化。成型物再進(jìn)一步炭化制成木炭。這些都是該領(lǐng)域研究工作者有待解決的問題.（5）燃燒是生物質(zhì)被應(yīng)用的最簡單方式，也是最早被使用的傳統(tǒng)方式，但大部分生物質(zhì)是作為一種低品味的燃料加以利用，燃燒效率極低。2003年的秸稈產(chǎn)量達(dá)到790萬噸。（1）秸稈肥料還田。秸稈分解轉(zhuǎn)化周期較長，不能被用作農(nóng)作物肥料來源，另外秸桿還田后，微生物在土壤中大量繁殖，需要氮素營養(yǎng)，導(dǎo)致生物質(zhì)從土壤中回去氮元素困難，從而引起“氮饑餓”，返青期延長，影響產(chǎn)量。（3）牲畜飼料。氨化處理污染嚴(yán)重，處理成本高。為了提高秸稈的利用率，目前開發(fā)了大量的利用技術(shù)，如直燃發(fā)電供熱，發(fā)酵制氣等技術(shù)。秸稈炭化技術(shù)和熱解制備