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CN111676037A - 基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统 - Google Patents

基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统 Download PDF

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CN111676037A
CN111676037A CN202010506856.1A CN202010506856A CN111676037A CN 111676037 A CN111676037 A CN 111676037A CN 202010506856 A CN202010506856 A CN 202010506856A CN 111676037 A CN111676037 A CN 111676037A
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gas
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周小舟
赵黄经
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Mining Environmental Protection Technology Shanghai Co ltd
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Abstract

本申请公开了基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，包括：预处理系统；热处理系统，混合后的反应物于热处理系统中充分反应；固体收集系统，用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；气体收集系统，用于收集经热处理系统反应后的气体。本申请采用钢铁渣提取物中的钙镁类碱性试剂作为其中一种反应物，其可以吸收生物质原料中的水分，有利于生物质结构的破坏和产氢反应，简化了生物质原料的预处理。本申请采用从不锈钢钢渣中提取的铁基催化剂，作为一种副产物价格便宜，可批量化生产；本申请生物质制氢后的固体残渣，将该固体残渣混合在炼铁用烧结原料中使用，同时固体残渣中的生物炭、碳酸钙镁和铁基催化剂均能被充分循环利用。

Description

基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统
技术领域
本申请涉及一种由二氧化碳吸附、利用和封存(Carbon Capture，Utilizationand Sequestration)衍生的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统。
背景技术
全球现有的能源结构仍以化石燃料为主，但是基于化石燃料为主的现有能源结构会带来大量的碳排放和潜在的气候变化问题。而氢能源作为一种无碳能源具有良好的应用前景，但是目前经济实用的工业生产办法依然是从化石燃料分离氢气，这一过程的碳足迹依然很高，没有从根本上解决化石燃料的碳排放问题。
在这样的背景下，钢铁行业作为碳排放大户，也提出了无碳炼铁，即利用氢气作为替代性还原性气体，当前主要的氢气来源是用新能源(风电、水电、太阳能)进行电解水获得的。而现有的多数钢铁厂都因其工业需求滨海滨江，该区域通常有丰富的水生性生物质资源(海藻、海带类)以及陆生生物质资源(芦苇、秸秆、枯木等)，如何基于现有优势资源进行充分利用以获得其他制备方式的氢气来源，现有技术并未涉及。
但是，从生物质通过气化、高温分解、亚/超临界热处理等方法制备氢气也存在能耗高、氢气产品纯度低等问题。其中利用碱法生物质制备氢气近些年受到了一定关注，但是其核心反应试剂氢氧化钠价格高、碳足迹高；且需要使用镍(Ni)催化剂，价格较高，回收困难；如何生产性价比高且能够充分保证供应量的催化剂是一个难点。此外，碱法生物质制备氢气，固体残渣(生物炭)含有碳酸钠，碳酸钠易溶于水，限制了固体残渣被大量直接使用于土壤修复。在用该方法制备得到的产品端，因燃料电池用氢气，对纯度有较高要求，氢气产品的提纯分离成本并不便宜，氢气产品的使用渠道和分离方法还有待进一步改善。
与此同时，如何充分利用钢铁行业中基于二氧化碳的湿法冶金多级反应工艺中由钢渣制得的副产物，使得整个碳捕集、利用和封存流程的经济性得到改善；并且基于上述副产物如何充分利用大量被浪费掉的生物质资源(芦苇、秸秆、枯枝烂叶、江河湖海中的藻类、厨余等等)，从而建立一个多相循环(气体资源、固体资源、水资源)的绿色钢铁工业生态是急需要解决的技术问题。
公开号为US8974757B2的美国专利，其公开了合成铁基材料和去除二氧化碳排放的方法和系统，并具体公开了：使用pH摆动工艺从铁基材料生产铁基吸附剂，包括化学链(chemical looping)吸附剂，所述pH摆动工艺消耗第一二氧化碳源以生产碳酸化矿物；用含碳燃料通过氧化还原所述铁基化学链吸附剂，以产生用于所述pH变化过程中消耗的第二二氧化碳源；以及再生所述铁基化学链吸附剂，所述铁基化学链吸附剂已经通过蒸汽氧化还原以产生氢气。其使用高酸碱耗用量的pH摆动工艺生产氧化铁，产生氢气使用的工艺是化学链吸附工艺。
公开号为US20150033812A1的美国专利，公开了从生物质和生物废料共同产生气体燃料、生物炭和肥料的方法和系统，并具体公开了：预处理模块，用于将干燥的固体或液体氢氧化物和一种或多种催化剂中的至少一种与生物质混合以形成生物质混合物；碱性水热处理反应器，用于加热所述生物质混合物和水蒸汽，直到所述氢氧化物和所述生物质反应产生氢气，碳酸盐和副产物，例如生物炭和肥料中的至少一种；以及氢氧化物再生反应器，用于煅烧所述碳酸盐或进行所述碳酸盐的双重置换反应以产生二氧化碳和氢氧化物；其中所述碱性水热处理反应器与所述预处理模块流体连通，所述氢氧化物再生反应器与所述碱性水热处理反应器流体连通。其采用的是Ni基催化剂，Ni基催化剂价格较高，且不易分离循环。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，所述系统包括：
预处理系统，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；
热处理系统，混合后的上述反应物于所述热处理系统中进行充分反应；
固体收集系统，其与所述热处理系统的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；
以及气体收集系统，其与所述热处理系统的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的气体。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统包括所述生物质进行脱水处理。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统还包括：将所述铁基催化剂于500℃在氢气中还原2h处理。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述生物质和所述碱性试剂按照化学计量比(按照下文列举的其中的一种理论分子式和化学反应方程式，该化学计量比为1mol：5mol)进行混合，所述铁基催化剂的添加量为所述生物质和所述碱性试剂总质量的5％-15％之间。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，在所述热处理系统中，混合后的所述反应物于500℃反应1h；或者，混合后的所述反应物于300℃反应2h。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，若所述生物质较干燥，则需补充蒸汽，以保持反应环境的湿度不低于10％但不高于30％。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述固体残渣包括生物炭、碳酸钙镁和铁基催化剂的混合物。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括炼铁烧结系统，将所述固体残渣按照不超过30％的比例，混合到所述炼铁烧结系统中进行烧结矿制备并最终用于高炉还原。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括气体分离净化系统，所述气体分离净化系统将所述气体收集系统收集到的气体进行分离净化处理，以获得高纯氢气。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，还包括混合气体再利用系统，所述混合气体再利用系统将所述气体收集系统收集到的以氢气为主的气体产品输送至炼铁高炉参与直接还原铁(Direct Reduced Iron)，参与加热和还原反应等过程。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统还包括铁基催化剂获取系统，所述铁基催化剂获取系统包括：
原料预洗装置，将工业废弃物或矿石原料或尾矿、试剂以及水按照一定配比连续投入所述原料预洗装置中充分混合；
反应装置，上述经过原料预洗装置充分混合后的浆料通过动力装置连续打入所述反应装置；将二氧化碳在一定压力下连续打入所述反应装置并与上述浆料进行混合与反应；所述反应装置连续排出经过反应的浆料；
多级固液分离装置，将上述经所述反应装置连续排出的经过反应的浆料进行多级固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离；
以及杂质去除装置，经上述多级固液分离装置分离后的清液中，除了目标钙离子和镁离子，还包括铁等杂质离子，该清液经上述多级固液分离装置分离后被连续性输入至所述杂质去除装置，通过物理和/或化学方式改变该清液的pH，以将上述杂质离子以沉淀形式去除，其中，收集上述含铁杂质以获得所述铁基催化剂。
进一步地，上述的基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其中，所述预处理系统还包括碱性试剂获取系统，产品制备装置和热分解装置，其中，在所述产品制备装置中，可将上述的经多级固液分离装置分离后的清液中的目标钙离子和镁离子制备成钙镁产品；所述钙镁产品将所述热分解装置煅烧热分解后获得钙镁碱性试剂。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请采用钢铁渣提取物中的钙镁类碱性试剂作为其中一种反应物，其可以吸收生物质原料中的水分，有利于生物质结构的破坏和产氢反应，简化了生物质原料的预处理。
本申请通过从不锈钢钢渣中提取的铁基催化剂，替代现有Ni催化剂。虽然整体转化率没有Ni催化剂高，但是铁基催化剂作为钢铁渣的提取物(副产物)，具有价格便宜，可以批量化生产等优势；
本申请生物质制氢后的固体残渣，将该固体残渣混合在炼铁用烧结原料中使用(炼铁高炉中原本就需要加入焦煤、造渣剂石灰石/白云石、铁矿)，固体残渣中的生物炭可以作为焦煤的替代或补充，作为还原剂使用；同时固体残渣中的碳酸钙镁，也能够被充分循环利用为造渣剂；并且，固体残渣中的铁基催化剂将作为铁矿的补充再一次参与高炉还原反应；
本申请生物质制氢的氢气中混合有其它CH类和CO类气体，除了可进行分离净化提纯(分离提纯会增加成本)外，本申请的产品气体也可以就地使用，直接在钢厂使用于直接还原铁工艺，参与加热和还原反应等过程。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统的流程图；
图2：本申请中铁基催化剂获取系统的流程图；
图3：本申请中碱性试剂获取系统的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。
如图1所示，在本申请的其中一个实施例中，基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，所述系统包括：
预处理系统10，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；
热处理系统20，混合后的上述反应物于所述热处理系统20中进行充分反应；
固体收集系统40，其与所述热处理系统20的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统20反应后的固体残渣；
以及气体收集系统，其与所述热处理系统20的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统20反应后的气体。
其中，在本实施例中，钢铁渣提取物是基于二氧化碳湿法冶金方法获得的。
在本实施例中，其采用钢铁渣提取物中的钙镁类碱性试剂作为其中一种反应物，其可以吸收生物质原料中的水分，有利于生物质结构的破坏和产氢反应，简化了生物质原料的预处理。并且，其通过从不锈钢钢渣中提取的铁基催化剂，替代现有Ni催化剂。虽然整体转化率没有Ni催化剂高，但是铁基催化剂作为钢铁渣的提取物(杂质)，具有价格便宜，可以批量化生产等优势。
进一步地，所述预处理系统10包括：将所述生物质进行脱水处理，通过脱水处理对所述生物质的含水率进行调整，其中可以通过烘干、冻干等现有技术进行脱水处理。
所述预处理系统10还包括：将所述铁基催化剂于500℃在氢气中还原2h处理。
在本实施例中，以C5H10O5(s)这种生物质的分子式为例：
C5H10O5(s)+5Ca(OH)2(s)→10H2(g)+5CaCO3(s)；
其中，所述生物质和所述碱性试剂按照化学计量比(即上述分子式和反应方程式对应的1mol：5mol)的比例进行混合，所述铁基催化剂的添加量为所述生物质和所述碱性试剂总质量的5％-15％之间。
在所述热处理系统20中，为保证反应的充分进行，混合后的所述反应物于500℃反应1h；或者，混合后的所述反应物于300℃反应2h。
进一步地，若所述生物质较干燥，则需补充蒸汽，以保持反应环境的湿度不低于10％但不高于30％。
所述固体残渣包括生物炭、碳酸钙镁和铁基催化剂(反应后)的混合物。
本实施例还包括炼铁烧结系统40，将所述固体残渣按照不超过30％的比例，混合到所述炼铁烧结系统40中进行烧结处理。其中，所述固体残渣中的生物炭、碳酸钙、铁基催化剂残渣都能够在烧结以及最终的炼铁过程中被充分利用。
本实施例还包括气体分离净化系统50，所述气体分离净化系统50将所述气体收集系统收集到的气体进行分离净化处理，以获得高纯氢气。
进一步地，本实施例还包括混合气体再利用系统，所述混合气体再利用系统将所述以氢气为主的气体产品收集并输送至炼铁高炉进行直接还原铁(Direct ReducedIron)，参与加热和还原反应等过程。其中，上述收集气体中含有CH4、C2H4、C2H6、CO、CO2等杂质，这些杂质在直接还原铁的过程中可以作为炉体的燃料用于加热，少量的CO也可以直接参与还原反应。反应温度在750-1000℃，比传统的高炉1500+℃更节省能量。
其，氢气作为反应物其参与还原铁的过程中，涉及的化学式如下所示：
3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O；
Fe3O4+H2→3FeO+H2O；
FeO+H2→Fe+H2O。
进一步地，在本实施例中，如图2所示，所述预处理系统还包括铁基催化剂获取系统，所述铁基催化剂获取系统包括：
原料预洗装置A10，将工业废弃物或矿石原料或尾矿、试剂以及水按照一定配比连续投入所述原料预洗装置A10中充分混合；
反应装置A20，上述经过原料预洗装置A10充分混合后的浆料通过动力装置连续打入所述反应装置A20；将二氧化碳在一定压力下连续打入所述反应装置A20并与上述浆料进行混合与反应；所述反应装置A20连续排出经过反应的浆料；
多级产品制备装置，将上述经所述反应装置A20连续排出的经过反应的浆料进行多级固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离；
以及杂质去除装置A50，经上述多级产品制备装置分离后的清液中，除了目标钙离子和镁离子，还包括铁等杂质离子，该清液经上述多级产品制备装置分离后被连续性输入至所述杂质去除装置A50，通过物理和/或化学方式改变该清液的pH，以将上述杂质离子以沉淀形式去除，其中，收集上述含铁杂质以获得所述铁基催化剂。
所述预处理系统还包括：第三产物制备装置A70，被连续输入至所述第三产物制备装置A70中的清液中含有目标钙离子和镁离子制备钙镁产品；以及回收水循环装置，上述清液生成产品后的回收水经回收水循环装置被循环至所述系统。
在本实施例中，通过向反应装置A20连续输入浆料和二氧化碳，可以实现连续、非间断的反应，实现处理量的最大化，也为多级循环反应提供了可能；同时也减少了二氧化碳在间歇式反应下卸料过程中的排放和损失。
其中，所述工业废物或矿石原料不超过所述水的质量的10％，所述试剂不超过所述水的质量的5％。在实际应用过程中，工业废弃物或矿石原料或尾矿成分的变化，上述比例可以根据实际情况进行灵活调整。
所述工业废弃物包括：钢渣、铁渣、粉煤灰、底灰、红泥、建筑垃圾/废旧水泥、尾矿等。
所述矿石原料或尾矿包括钙镁类矿石。
所述试剂包括至少一种有机酸根的酸或者盐或组合物，其中，上述有机酸根的酸包括但不限于：草酸、柠檬酸、吡啶甲酸、葡萄糖酸、谷氨酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、琥珀酸、磷酸、焦磷酸、抗坏血酸或酞酸。
其中，上述的水也采用新鲜水，也可以采用将该反应和分离系统产生的回收水循环使用。
其中，在上述的将二氧化碳在一定压力下连续打入所述反应装置A20并与上述浆料进行混合与反应中，所述二氧化碳以不超过100bar的压力连续打入所述反应装置A20并与上述浆料进行混合与反应，其中，上述反应温度不超过90℃；本实施例通过调节二氧化碳的压力、辅助试剂的配比和反应温度，免除了强酸或高腐蚀性酸的使用(无硝酸、盐酸、硫酸、氢氟酸)，实现了对目标成分的连续浸取。
在本实施例中，所述二氧化碳来自于电厂烟气、钢铁厂高炉、转炉、精炼炉、石灰窑炉烟气、煤化工尾气或石油化工尾气，其中，二氧化碳的含量为15％-98％之间，二氧化碳的含量因来源不同而有所变化。
进一步地，所述多级产品制备装置包括一级粗分离单元A30和二级细分离单元A40，所述一级粗分离单元A30用于去除粒径≥5-10μm的固体颗粒，所述二级细分离单元A40用于去除粒径≤1-5μm的固体颗粒；其中，所述一级粗分离单元A30和所述二级细分离单元A40的反应时间≤1h。本实施例通过多级分离，针对不同粒径区间的颗粒进行优化的分离方案，保证了分离设备能够稳定、持久地在最佳负荷条件下进行连续固液分离，有效地缩短了整体分离时间的缩短且延长了分离系统连续稳定运行时间，有效避免了单级分离所带来的技术问题，如，单级分离要求对原料中的无论大颗粒还是小颗粒都要进行一次性的有效去除，对于现有分离设备造成较大的负荷压力；单级分离采用的沉降式离心机：对于5μm以下颗粒无法实现有效的分离，影响了单位时间处理量并且造成了较大的能耗；由于单级分离所采用的板框，大小颗粒一起通过滤布造成了滤布的堵塞，造成了单位时间处理量的衰减，需要频繁更换，增加了使用成本。
其中，所述多级产品制备装置可以采用如下所述任意组合方式：沉降式离心机和碟片式离心机组合，或者，板框压滤机和板框压滤机组合，或者，沉降式离心机和板框压滤机组合。
在多级产品制备装置分离过程中，将上述经所述反应装置A20连续排出的经过反应的浆料进行多级固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒M31将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离，所述未反应的固体颗粒M31的循环次数n≤5。
进一步地，在本实施例中，上述的经上述多级产品制备装置分离后的清液中，除了目标钙离子和镁离子，还包括铁等杂质离子，该清液经上述多级产品制备装置分离后被连续性输入至所述杂质去除装置A50，通过物理和/或化学方式改变该清液的pH，以将上述杂质离子以沉淀形式去除中，通过连续添加碱性或酸性试剂、连续添加不超过溶液质量1％凝聚剂和/或絮凝剂、连续通入压缩空气/蒸汽、加热方式改变该清液的pH，以将上述杂质离子以沉淀形式去除。
进一步地，在本实施例中，所述多级产品制备装置还包括设置在所述杂质去除装置A50下一工序的三级固液分离单元A60，采用碟片式离心机、板框压滤机或过滤器等进行不间断分离以连续获得含有目标钙离子和镁离子的清液，其中，上述获得的含有目标钙离子和镁离子的清液被输送至下文所述的第三产物制备装置A70。
其中，当经所述三级固液分离单元A60分离后清液含有较高的铁元素时，通过富集收集氢氧化铁A61沉淀，从而对上述较高的铁元素进行合理有效地回收和利用。
上述的被连续输入至所述第三产物制备装置A70中的上述含有目标钙离子和镁离子的清液被用于制备钙镁产品中，所述钙镁产品包括碳酸钙镁、碳酸钙和碳酸镁、氢氧化钙和氢氧化镁、硫酸钙镁或硝酸钙镁。
进一步地，上述的上述清液生成产品后的回收水经回收水循环装置被循环至所述系统中，所述回收水的循环次数m≥2。
如图3所示，在本实施例中，所述预处理系统还包括碱性试剂获取系统，产品制备装置C20和热分解装置C30，其中，在所述产品制备装置C20中，可将上述的经多级产品制备装置分离后的清液中的目标钙离子和镁离子制备成钙镁产品；所述钙镁产品C22将所述热分解装置C30煅烧热分解后获得钙镁碱性试剂，所述碱性试剂M循环输送至所述沉淀反应罐C10中参与下一循环反应。
所述碱性试剂获取系统还包括沉淀反应罐C10，将碱性试剂M和钙镁离子浸取清液按照一定比例连续添加入所述沉淀反应罐C10，其中，所述沉淀反应罐C10上还配置有二氧化碳输入通道，利用煅烧循环收集的气体进行二氧化碳的补充；经所述沉淀反应罐C10反应后的浆液经所述产品制备装置C20分离后形成碳酸钙镁产品C21和循环用水B，所述循环用水B用于下一循环原料浆液的配制。
在本实施例中，所述钙镁离子浸取清液经过基于二氧化碳的湿法冶金方法获得，其中，所述钙镁离子浸取清液呈中性或弱酸性(pH＜7)，同时含有溶解的二氧化碳气体。
单位时间内，所述碱性试剂M和所述钙镁离子浸取清液按照各自钙镁离子摩尔/摩尔(mol/mol)＜1的比例连续添加入所述沉淀反应罐C10。其中，下文所述的经热分解装置C30煅烧分解后的二氧化碳即时通入沉淀反应罐C10作为补充，再次生成碳酸钙镁沉淀。
在本实施例中，上述的经所述产品制备装置C20获得的碳酸钙镁产品C21中，大部分进入制备碳酸钙镁浆料环节或干燥形成碳酸钙镁粉末环节；小部分碳酸钙镁产品C22经过破碎后通过热分解装置C30进行煅烧分解以制备碱性试剂M。经上述煅烧分解后获得的所述碱性试剂M可作为反应试剂循环进入沉淀反应罐C10中参与反应。
进一步地，所述热分解装置C30的煅烧热分解温度为800-900℃。
其中，所述碱性试剂M包括钙镁氧化物。
所述热分解装置C30包括流化床装置，经所述流化床分散后的碳酸钙超过99％的粒径＜300μm，经过煅烧分解后的粒径绝大部分＜100μm。
其中，碳酸钙镁的密度在2.8-2.9×103kg/m3，氧化钙镁的密度在3.3-3.4×103kg/m3。
在所述碳酸钙镁产品C22在所述流化床中煅烧分解过程中：命名碳酸钙镁颗粒的平均最小流化速度为U1，氧化钙镁颗粒的平均最小流化速度为U2，氧化钙镁颗粒的吹离速度为U3，流化载体气体速度为Ug。
当U3>Ug>U1>U2时，所述碳酸钙镁开始分解后，流化床的床高会发生明显增加，直到分解完成后达到稳定，此时通过提高Ug实现煅烧后对氧化钙镁颗粒的吹离和收集。
当Ug>U3>U1>U2时，氧化钙镁将被吹离收集。
当Ug>U2>U1时，需控制Ug<U3，同时碳酸钙镁开始分解后，流化床的床高会发生明显降低，直到分解完成后达到稳定；此后再通过提高Ug>U3实现煅烧后对氧化钙镁颗粒的吹离和收集。
其中，上述的流化床载气气体包括热空气和循环二氧化碳(可选)，其中，循环二氧化碳主要使用于煅烧后的吹离和收集。
在本实施例中，经所述热分解装置C30分解后产生的二氧化碳即时经二氧化碳输入通道循环至所述沉淀反应罐C10作为补充反应原料，再次生成碳酸钙镁沉淀。
本申请采用钢铁渣提取物中的钙镁类碱性试剂作为其中一种反应物，其可以吸收生物质原料中的水分，有利于生物质结构的破坏和产氢反应，简化了生物质原料的预处理；本申通过从不锈钢钢渣中提取的铁基催化剂，替代现有Ni催化剂。虽然整体转化率没有Ni催化剂高，但是铁基催化剂作为钢铁渣的提取物(副产物)，具有价格便宜，可以批量化生产等优势；本申请生物质制氢后的固体残渣，将该固体残渣混合在炼铁用烧结原料中使用(炼铁高炉中原本就需要加入焦煤、造渣剂石灰石/白云石、铁矿)，固体残渣中的生物炭可以作为焦煤的替代或补充，作为还原剂使用；同时固体残渣中的碳酸钙镁，也能够被充分循环利用为造渣剂；并且，固体残渣中的铁基催化剂将作为铁矿的补充再一次参与高炉还原反应；本申请生物质制氢的氢气中混合有其它CH类和CO类气体，除了可进行分离净化提纯(分离提纯会增加成本)外，本申请的产品气体还可以就地使用，直接在钢厂使用于直接还原铁工艺，参与加热和还原反应等过程。因此，本申请具有广阔的市场应用前景。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (12)

1.基于钢铁渣提取物进行生物质制备氢气和生物炭的系统，其特征在于，所述系统包括：
预处理系统，用于对生物质、铁基催化剂以及碱性试剂进行预处理并按照一混合比例进行混合；
热处理系统，混合后的上述反应物于所述热处理系统中进行充分反应；
固体收集系统，其与所述热处理系统的排渣口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的固体残渣；
以及气体收集系统，其与所述热处理系统的排气口连通设置，其用于收集上述经热处理系统反应后的气体。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理系统包括所述生物质进行脱水处理。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理系统还包括：将所述铁基催化剂于500℃在氢气中还原2h处理。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物质和所述碱性试剂按照化学计量比例进行混合，所述铁基催化剂的添加量为所述生物质和所述碱性试剂总质量的5％-15％之间。
5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，在所述热处理系统中，混合后的所述反应物于500℃反应1h；或者，混合后的所述反应物于300℃反应2h。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，若所述生物质较干燥，则需补充蒸汽，以保持反应环境的湿度不低于10％但不高于30％。
7.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述固体残渣包括生物炭、碳酸钙镁、铁基催化剂的混合物。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括炼铁烧结系统，将所述固体残渣按照不超过30％的比例，混合到所述炼铁烧结系统中进行烧结矿制备并最终用于高炉还原。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括气体分离净化系统，所述气体分离净化系统将所述气体收集系统收集到的气体进行分离净化处理，以获得高纯氢气。
10.根据权利要求1或2或3或4或9所述的系统，其特征在于，还包括混合气体再利用系统，所述混合气体再利用系统将所述以氢气为主的气体产品收集并输送至炼铁高炉进行直接还原铁(Direct Reduced Iron)，参与加热和还原反应等过程。
11.根据权利要求1或2或3或4或9所述的系统，其特征在于，所述预处理系统还包括铁基催化剂获取系统，所述铁基催化剂获取系统包括：
原料预洗装置，将工业废弃物或矿石原料或尾矿、试剂以及水按照一定配比连续投入所述原料预洗装置中充分混合；
反应装置，上述经过原料预洗装置充分混合后的浆料通过动力装置连续打入所述反应装置；将二氧化碳在一定压力下连续打入所述反应装置并与上述浆料进行混合与反应；所述反应装置连续排出经过反应的浆料；
多级固液分离装置，将上述经所述反应装置连续排出的经过反应的浆料进行多级固液分离，其中，固液分离所得的未反应的固体颗粒将循环用作原料进行下一阶段的反应和分离；
以及杂质去除装置，经上述多级固液分离装置分离后的清液中，除了目标钙离子和镁离子，还包括铁等杂质离子，该清液经上述多级固液分离装置分离后被连续性输入至所述杂质去除装置，通过物理和/或化学方式改变该清液的pH，以将上述杂质离子以沉淀形式去除，其中，收集上述含铁杂质以获得所述铁基催化剂。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述预处理系统还包括碱性试剂获取系统，产品制备装置和热分解装置，其中，在所述产品制备装置中，可将上述的经多级固液分离装置分离后的清液中的目标钙离子和镁离子制备成钙镁产品；所述钙镁产品将所述热分解装置煅烧热分解后获得钙镁碱性试剂。
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