【正文】 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。生物碳涉及到近期生長的生物材料碳源。理論上講可以通過工業(yè)生產(chǎn)過程中留余在路邊的殘余生物碳，如收割原木的切頭切尾用于生物質(zhì)煉鐵。由此可知，只有煉鐵消耗的生物質(zhì)全部來源于可再生資源，才能維持GHG中性排放。只有兩座木炭生產(chǎn)廠（位于魁北克省），每年只能生產(chǎn)6000t木炭，多數(shù)用于戶外烤肉。目前，減少CO2排放是世界鋼鐵業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。煉鐵用生物質(zhì)的研究除了在歐洲、日本、加拿大和巴西外，澳大利亞目前也正在對這一領(lǐng)域進(jìn)行集中研究。中國森林資源豐富[32]，所產(chǎn)林業(yè)廢棄物主要用于生產(chǎn)纖維板、造紙原料等可用。山于地形、氣象和土壤條件的多樣性，適合種植不同樹種和專用能源作物。中國擁有廣闊[34]的未開發(fā)土地，適合種植能源作物，關(guān)鍵是要解決選擇、培育能源作物品種，研發(fā)培育技術(shù)，降低生產(chǎn)成本和解決物流運(yùn)輸?shù)绕款i問題。中國農(nóng)林業(yè)廢棄物[35]資源豐富，但用途廣，可用作生物質(zhì)原料的數(shù)量較少，發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)品，必須依靠能源作物。以樣品減少的質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為樣品的揮發(fā)分?jǐn)?shù)值。稱取干燥試樣1177。試樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%FCAV陽泉無煙煤碳化玉米秸稈木炭FC：固定碳；A：揮發(fā)分；V：灰分.由不同燃料的工業(yè)分析結(jié)果可以看出，各燃料在固定碳、揮發(fā)份和灰分的含量在數(shù)值上都有較為明顯的差別。（A）（B）（C）（D）（A）秸稈（B）赤鐵礦（C）木炭（D）陽泉煤（A）與（C）可見，秸稈粉體與木炭粉體表現(xiàn)出不規(guī)則的條片狀，研磨過程沒有造成生物質(zhì)組織結(jié)構(gòu)較大的變化。初始反應(yīng)溫度、燃燒速率最大時的溫度和反應(yīng)終止溫度與樣品中固定碳的含量有關(guān)，若是初始反應(yīng)溫度和燃燒速率最大時的溫度越低，樣品中的固定碳就容易反應(yīng)，當(dāng)初始反應(yīng)溫度與反應(yīng)終止溫度相差不大時，固定碳反應(yīng)速度快，從而通過反應(yīng)放出的熱量就更多，燃燒熱值高，反應(yīng)的過程越穩(wěn)定，在一定時間內(nèi)反應(yīng)的程度也越高[3638]。、。陽泉煤與赤鐵礦在三種碳氧比不同的含氧官能團(tuán)對煤的性質(zhì)有巨大的影響，并且其中OH的活性較強(qiáng)，低溫下便可以氧化，其中自身的氧化也對煤中的碳—碳大分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的影響。峰波數(shù)/cm1官能團(tuán)13300—OH（氫鍵締合）23030—CH（芳環(huán)）32950—CH342920，2860—CH3（環(huán)烷烴或脂肪烴）516101590~14701460氫鍵締合的羰基芳烴—CH2，—CH3，無機(jī)鹽61375—CH371330~11101040~900CO（酚，醇，醚，酯）灰分8860750700CH（1，2，4—；2，4，5—；1，2，3，4，5—取代芳烴CH（1，2—取代芳烴）CH（單取代或1,3—取代芳烴）9550—SH、木炭、陽泉煤和赤鐵礦的紅外光譜曲線，碳化秸稈在1600cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中氫鍵締合的羰基官能團(tuán)數(shù)量較多，木炭在1600cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中氫鍵締合的羰基官能團(tuán)和高活性的OH官能團(tuán)數(shù)量較多，陽泉煤在1100cm1位置的吸收較強(qiáng)，說明其中CO官能團(tuán)數(shù)量較多，而且三種還原劑在3300cm1都較高，所以三種還原劑都含有較高量的高活性的OH官能團(tuán)，這也是三種還原劑擁有較好燃燒性的原因。將混合好的粉末樣品裝入壓樣模具中。而通過三種還原劑與赤鐵礦反應(yīng)的熱重曲線比較可以看出碳化秸稈與赤鐵礦有較好的反應(yīng)性能，從而可以得出生物質(zhì)煉鐵是完全可行的，而且從碳化秸稈與赤鐵礦的反應(yīng)可以看出生物質(zhì)可能比煤更容易與赤鐵礦反應(yīng)。在550℃左右木炭與赤鐵礦基本反應(yīng)完畢，550℃以后曲線略微下滑但并不明顯。通過不同燃料的微觀形貌分析也可以看出生物質(zhì)內(nèi)部具有許多孔狀纖維從而其與空氣的接觸面積變大，更加易于反應(yīng)。 赤鐵礦成分/wt%FeFeOSiO2CaOMgOAl2O3將準(zhǔn)備好的礦石和還原劑放入干燥箱中，105℃下烘干4小時后取出冷卻，并使用磨樣機(jī)將樣品磨成粉。TG曲線縱坐標(biāo)表示樣品所減少的質(zhì)量，橫坐標(biāo)為溫度（T）從左向右逐漸遞增。 JSM6480LV掃描電鏡（D）可見，煤粉顆粒的大小比較均勻。試驗結(jié)束后取出坩堝，待試樣冷卻至室溫后稱量。試驗結(jié)束后取出樣品，待試樣冷卻至室溫后稱量。陳俊武院士在其專著《中國中長期碳減排戰(zhàn)略目標(biāo)研究》中提出，2050年生產(chǎn)纖維素乙醇5000 x 104t，通過木本油料植物油脂和微藻生產(chǎn)柴油2200 x 104t和噴氣燃料600 x 104t，通過CBTL工藝山生物質(zhì)原料生產(chǎn)柴油1400 x 104t和噴氣燃料600 x 104t，以上共折合油品7800 x 104t。②采用經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式估算資源量。第二代生物燃料原料以培育甜高粱為主，用于生產(chǎn)燃料乙醇。 x l08 km2（約31 x 108畝），%，樹木存量約136 x l08m3，森林資源量為125 x 108m3?？捎糜谏a(chǎn)第二代生物燃料的生物質(zhì)原料[31]主要有農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料（農(nóng)業(yè)廢棄物）、林業(yè)生物質(zhì)原料（林業(yè)廢棄物）和專用能源作物?，F(xiàn)在噴吹木炭粉已被應(yīng)用于巴西的微型高爐。要降低運(yùn)輸成本和提高生物質(zhì)煉鐵生產(chǎn)率，必須將原生生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成木炭。加拿大林業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的路邊殘余生物質(zhì)完全可以滿足本國生物質(zhì)煉鐵的需要。以實(shí)用信息為基礎(chǔ)，探索一種可行的技術(shù)路線，預(yù)測工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)煉鐵工藝中可能遭遇到各種困難與問題并找出解決這些困難與問題的辦法。森林面積約占國土面積的45%，從大西洋海岸到太平洋海岸和北極圈。每噸造船鋼的GHG排放已降低了30%。用生物碳代替化石碳煉鐵是減少CO2排放的有效方法之一。有關(guān)學(xué)者對生物質(zhì)資源的評估結(jié)論為:①生物質(zhì)技術(shù)資源量與一些不確定因素密切相關(guān)，包括:人口增長情況、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展、糧食和飼料需求量、農(nóng)林業(yè)發(fā)展水平。③可以用作第二代生物燃料原料的農(nóng)林業(yè)廢棄物的資源量，能否滿足IEA預(yù)測的不同情景下的中遠(yuǎn)期生物燃料需求量。 2010年， x l08t標(biāo)油，全部為第一代生物燃料， x l08t , x l08t 。德國政府從1999年到2001年在生物質(zhì)能領(lǐng)域的投資補(bǔ)貼總計為2195億歐元，瑞典從2004年到2006年，政府對用生物質(zhì)能采暖的家庭每戶提供1350歐元的補(bǔ)貼，因此我國為了提高高爐利用生物質(zhì)的進(jìn)程，也需要進(jìn)行建立具有促進(jìn)作用的政策措施。目前生物質(zhì)煉鐵的研究，或側(cè)重于工藝實(shí)現(xiàn)條件，或只側(cè)重于過程，成本分析則多采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在考慮子過程的規(guī)模效應(yīng)并將各子過程和工藝實(shí)現(xiàn)條件聯(lián)系分析方面存在不足。生物質(zhì)焦可定義為：生物質(zhì)在一定溫度的缺氧環(huán)境下熱解，脫除大部分揮發(fā)分后所得的高碳固體殘余物。從探索多種方式能源化利用的角度考慮，將農(nóng)林廢棄物用于高爐噴吹可以減少化石燃料的消耗，而且高爐噴吹燃料數(shù)量大，在巨大消耗的同時，也產(chǎn)生了巨大的包容空間，為廢棄物的規(guī)?；幚硖峁┝藯l件。更多試驗顯示，當(dāng)配煤中生物質(zhì)添加量大于5%時，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度降低。關(guān)于生物質(zhì)應(yīng)用到煉焦配煤方面的文獻(xiàn)很少[25]。（3）用于高爐煉鐵[17~18]。比起粉煤，木炭活躍的比表面積更大，反應(yīng)性更強(qiáng)，木炭則能以更大晶粒尺寸在高爐中使用，這可以使研磨粉塵的能源消耗減少。通過對兩人的實(shí)驗進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭的炭化溫度是不同的，導(dǎo)致?lián)]發(fā)份不同，生物質(zhì)炭中的揮發(fā)份對燃燒有促進(jìn)作用，選擇合適的熱解炭化溫度對生物質(zhì)炭的燃燒性有很大影響。在惰性氣氛下加熱時，低炭化溫度下生產(chǎn)的木炭揮發(fā)份高，失重較快。環(huán)保高效節(jié)能：變廢為寶，既解決了秸稈焚燒，又可為農(nóng)民增加收入，又有相關(guān)國家產(chǎn)業(yè)政策支持。在我國農(nóng)村，大量的農(nóng)作物秸稈被廢棄，豫廣秸稈煤技術(shù)的誕生，一方面使這些資源得到有效合理的利用，另一方面又使玉米秸、稻草、麥秸、樹枝等這些生活垃圾、廢棄物找到了最好的處理方法，免除了處理不當(dāng)造成污染環(huán)境的弊端。對于稻草類秸稈，因其更易氧化燃燒成灰，同樣采用干餾法來進(jìn)行炭化。（1）秸稈炭化原理各類秸稈和木材炭化的原理是一樣的，即：有機(jī)物+熱（在無氧或者缺氧時）=可燃?xì)怏w+有機(jī)液體+固體碳。并認(rèn)為生物質(zhì)對煤熱解有一定的催化作用。發(fā)酵制沼氣，產(chǎn)氣率低，原料利用不充分，技術(shù)難以達(dá)到目前的需求。物理粉碎效率低，營養(yǎng)物質(zhì)利用不充分。通過秸稈消化技術(shù)，植物秸稈稻草返回到土壤中，在微生物的作用下，產(chǎn)生水、一氧化碳和礦物形成一個良性循環(huán)。中國是世界上秸稈資源最為豐富的國家之一。其粘接力主要是靠擠壓過程產(chǎn)生的熱量，使得生物質(zhì)中木質(zhì)素產(chǎn)生塑化粘接。（2）液化是指通過化學(xué)方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程。生物質(zhì)的分布分散，能量密度低。因此，生物質(zhì)煉鐵不僅成本優(yōu)勢明顯，而且可利用資源豐富，為合理利用農(nóng)林廢棄物提了新的途徑。近年來，由于資源和能源過度使用，導(dǎo)致資源短缺、原料品質(zhì)劣化、產(chǎn)能過剩以及市場的發(fā)展低迷，我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益受到了很大限制，環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排的壓力也與日俱增。所以需要尋求用全新的技術(shù)理念，采用真正的技術(shù)突破使排放量進(jìn)一步減少，盡可能的減少鋼鐵冶金中的CO2排放量。從化學(xué)成分方面，組成成分主要有碳、氫、氧、氮、磷、硫等元素，另外組成物質(zhì)可以分為水分、無機(jī)物和可燃物質(zhì)。（1）氣化生物質(zhì)能氣化是指固體物質(zhì)在高溫條件下，與氣化劑（空氣、氧氣或水蒸氣）反應(yīng)得到小分子可燃?xì)怏w的過程。直接液化是把生物質(zhì)放在高壓設(shè)備中，添加適宜的催化劑，在一定的工藝條件下反應(yīng)，制成液化油，作為汽車用燃料或進(jìn)一步分離加工成化工產(chǎn)品。其二，成型炭燃燒過程中，產(chǎn)生大量的可燃性氣體，其中含有很大一部分焦油對人體和環(huán)境會造成污染。每年95%以上的農(nóng)作物秸稈資源通過不同的使用渠道轉(zhuǎn)化為其他形式而被耗散，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[3]。（2）工業(yè)原料。（4）能源化。