本申請涉及生物質化工和鋼鐵冶金生產，尤其涉及一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置及方法。
背景技術：
1、中國是農業生產大國，在農業生產和農產品加工過程中每年產量大量的農業剩余物，此外在林廠有計劃采伐和家具制造、木質包裝回收和園林修剪等行業還有大量林業剩余物，如何提升農林剩余物的利用價值是目前我國社會和經濟發展面臨的重要問題之一。農林生物質是由纖維素、半纖維素、木質素等交織而成的功能超分子體，多組分的結構決定了以農林剩余物為原料的生物質化工產品的多元化，目前已經形成能源、材料、飼料和基料等多個產業，多途徑尋求農林剩余物資源的綠色、低碳、高值轉化成為發展趨勢。戊糖、木糖和糠醛等生物質化工產業在國內得到了長足的發展，在塑料產品、制藥、農用化學品和各種糖類生產中有廣泛的應用。在木糖和糠醛生產過程中會產生大量戊糖渣、木糖渣和糠醛渣等固體廢棄物，如何高值化利用此類固體廢棄物成為生物質化工產業面臨的主要問題。
2、我國同時也是鋼鐵生產大國，每年粗鋼產量超過了10億噸，占世界粗鋼總產量的50％以上。鋼鐵生產過程中消耗大量化石燃料，同時貢獻了全國工業總co2排放量的15％左右，降低鋼鐵生產co2排放是實現國家“雙碳”戰略目標的關鍵。生物質具有碳中性的屬性，其應用于鋼鐵生產時不會向大氣釋放額外的溫室氣體，對降低鋼鐵行業co2排放量具有重要的現實意義。目前我國鋼鐵生產主要以高爐-轉爐長流程為主，在高爐生產工序中大量使用煤粉為冶煉過程提供還原劑和發熱劑。將木糖渣和糠醛渣部分替代煤粉應用于高爐噴吹生產，將有效降低高爐高爐煉鐵生產過程的成本和co2排放。
3、戊糖渣、木糖渣和糠醛渣等酸水熱解生物質化工產品的副產物具有灰分含量高，堿金屬鉀元素含量高，發熱值低等問題，直接應用于高爐噴吹將對高爐生產過程的穩定、順行和安全產生嚴重的負面影響，造成高爐生產經濟技術指標的嚴重惡化，如何脫除酸水熱解生物質殘渣中的有害元素成為生物質化工產業和鋼鐵產業面臨的共同問題。
4、因此需要一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置及方法。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本申請提供了一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置及方法，能夠實現生物質化工產業和鋼鐵產業的有效耦合銜接，降低生產成本、化石能源消耗和污染物排量。
2、本申請提供了一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置，包括：生物質處理系統，包括依次連接的原料預處理系統、酸水熱解系統和水解蒸汽冷凝系統，用于利用生物質原料生成水熱解炭和冷凝廢液；中間處理系統，包括依次連接的濕磨脫灰系統、固液分離系統和熱交換系統，所述濕磨脫灰系統分別與所述酸水熱解系統和水解蒸汽冷凝系統連接，所述中間處理系統用于利用所述水熱解炭和所述冷凝廢液生成脫灰水熱解生物質炭、富鉀有機廢液和高溫高壓飽和蒸氣；煉鐵處理系統，包括依次連接的煤粉干燥粉碎系統、煤粉噴吹系統、高爐本體和熱風系統，所述煤粉干燥粉碎系統與所述固液分離系統連接，所述熱風系統與所述熱交換系統連接，用于向所述熱交換系統提供熱量，所述煉鐵處理系統用于利用所述脫灰水熱解生物質炭和外界通入的煤粉生成鐵水和熱風爐高溫廢氣。
3、本申請還提供了一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，包括步驟：提供生物質原料；將所述生物質原料通過生物質處理系統轉化為生物質化工產品和水熱解炭；通過中間處理系統將所述水熱解炭轉化為脫灰水熱解生物質炭，并生成高溫高壓飽和蒸氣，其中，所述脫灰水熱解生物質炭用于為高爐生產提供發熱劑和還原劑，所述高溫高壓飽和蒸氣用于為酸水熱解系統提供熱量；將所述脫灰水熱解生物質炭與煤粉混合后，通過煉鐵處理系統生成鐵水和熱風爐高溫廢氣，其中，所述鐵水用于煉鐵，所述熱風爐高溫廢氣用于為熱交換系統提供熱量。
4、可選的，所述將所述生物質原料通過生物質處理系統轉化為生物質化工產品和水熱解炭包括：將所述生物質原料通過原料預處理系統進行破碎篩分，去除雜質；通過所述酸水熱解系統對去除雜質后的生物質原料進行酸水熱解，得到水熱解炭和剩余部分，所述酸水熱解系統中包括稀酸催化劑；通過水解蒸汽冷凝系統將所述剩余部分轉化為生物質化工產品和冷凝廢液。
5、可選的，所述通過中間處理系統將所述水熱解炭轉化為脫灰水熱解生物質炭，并生成高溫高壓飽和蒸氣包括：將所述水熱解炭與冷凝廢液在濕磨脫灰系統中進行潤磨反應，得到混合溶液；將所述混合溶液通入固液分離系統，得到脫灰水熱解生物質炭和脫灰廢液；將所述脫灰廢液通入熱交換系統，生成高溫高壓飽和蒸汽、低溫廢氣和富鉀有機廢液。
6、可選的，所述將所述脫灰水熱解生物質炭與煤粉混合后，通過煉鐵處理系統生成鐵水和熱風爐高溫廢氣包括：將所述脫灰水熱解生物質炭通入煤粉干燥粉碎系統，與外界通入的煤粉一并干燥、破碎和混勻；通過煤粉噴吹系統，將所述混勻后的脫灰水熱解生物質炭和煤粉送入高爐本體進行高爐生產，生成鐵水和高爐煤氣；將所述高爐煤氣與外界空氣一并通入熱風系統中，生成熱風和熱風爐高溫廢氣，其中，所述熱風用于進行高爐生產。
7、可選的，所述生物質原料包括玉米芯、農業秸稈、林業剩余物、食品加工剩余物中的一種或多種的混合物。
8、可選的，所述將生物質原料通過原料預處理系統進行破碎篩分以去除雜物包括：將所述生物質原料進行破碎，破碎后的生物原料質固體顆粒的粒度小于2cm。
9、可選的，所述稀酸催化劑包括：硫酸、醋酸、鹽酸、硝酸、路易斯酸、檸檬酸中的一種或多種的混合物。
10、可選的，所述酸水熱解系統包括連續式高壓反應釜、間歇式高壓反應釜中的一種或多種組合，所述酸水熱解的反應溫度為140-230℃，酸水熱解壓力為0.3-2.8mpa，反應時間為1-6h，生成的水熱解炭包括戊糖渣、木糖渣、糠醛渣中的一種或多種的混合物。
11、可選的，所述潤磨反應的條件包括：所述水熱解炭與所述冷凝廢液的質量比為1:2-1:5，潤磨溫度為5-85℃，潤磨時間為1-60min。
12、與現有技術相比，本申請的技術方案具有以下有益效果：
13、本申請提供了一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置及方法，通過生物質化工產業和鋼鐵產業的有效耦合銜接，利用生物質化工企業的固廢基生物質炭殘渣作為原料，制備冶金性能滿足高爐煉鐵生產需求的生物質炭產品；同時利用高爐生產熱風系統產生的煙氣為生物質化工產業提供熱量，實現生物質化工產業固體廢棄物的高值化利用和低成本生產，提升生物質化企業的市場競爭力，同時也能夠實現煉鐵工序的低碳、低成本生產，推動鋼鐵行業早日實現碳達峰和碳中和戰略目標。本申請的技術方案具有原料適用性強、生產效率高、生產成本低、co2和污染物排放少的特點，具有積極的經濟意義和環保意義。
1.一種生物質化工協同耦合煉鐵生產的裝置，其特征在于，包括：
2.一種利用權利要求1所述裝置的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，包括步驟：
3.如權利要求2所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述將所述生物質原料通過生物質處理系統轉化為生物質化工產品和水熱解炭包括：
4.如權利要求3所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述通過中間處理系統將所述水熱解炭轉化為脫灰水熱解生物質炭，并生成高溫高壓飽和蒸氣包括：
5.如權利要求2所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述將所述脫灰水熱解生物質炭與煤粉混合后，通過煉鐵處理系統生成鐵水和熱風爐高溫廢氣包括：
6.如權利要求2所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述生物質原料包括玉米芯、農業秸稈、林業剩余物、食品加工剩余物中的一種或多種的混合物。
7.如權利要求2所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述將生物質原料通過原料預處理系統進行破碎篩分以去除雜物包括：
8.如權利要求3所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述稀酸催化劑包括：硫酸、醋酸、鹽酸、硝酸、路易斯酸、檸檬酸中的一種或多種的混合物。
9.如權利要求3所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述酸水熱解系統包括連續式高壓反應釜、間歇式高壓反應釜中的一種或多種組合，所述酸水熱解的反應溫度為140-230℃，酸水熱解壓力為0.3-2.8mpa，反應時間為1-6h，生成的水熱解炭包括戊糖渣、木糖渣、糠醛渣中的一種或多種的混合物。
10.如權利要求4所述的生物質化工協同耦合煉鐵生產的方法，其特征在于，所述潤磨反應的條件包括：所述水熱解炭與所述冷凝廢液的質量比為1:2-1:5，潤磨溫度為5-85℃，潤磨時間為1-60min。