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為積極貫徹執(zhí)行黨中央、國務(wù)院“碳達峰、碳中和”重大戰(zhàn)略決策，國家發(fā)改委等部門發(fā)布的《關(guān)于嚴格能效約束推動重點領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》指出，到 2025 年，通過實施節(jié)能降碳行動，鋼鐵行業(yè)能效達到標桿水平的產(chǎn)能比例超過30%。在相關(guān)部門配套發(fā)布的《高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平（2021年版）》中，鋼鐵工業(yè)煉鐵高爐工序能耗標桿水平為361 kgce/tFe。而我國目前鋼鐵企業(yè)高爐工序能耗基本在360~430 kg/tFe，大部分高爐的綜合能耗無法達到標桿值，在未來極有可能面臨政策性的限產(chǎn)、甚至停產(chǎn)。
與傳統(tǒng)的煤炭等化石燃料相比，生物質(zhì)資源是一種容量大、分布廣、可再生的清潔能源，生物質(zhì)資源碳中性的特性使其在工業(yè)利用過程中不會向大氣中釋放額外溫室氣體，2021年12月份的中央經(jīng)濟工作會議中明確指出，“新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制”。然而，生物質(zhì)由于含水率高、能量密度低、破碎效率低，無法直接用于鋼鐵生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)。常規(guī)的生物質(zhì)熱解技術(shù)解決了上述問題，但能耗高、污染重，且生物質(zhì)中的灰分和鈉、鉀等有害元素富集在了生物質(zhì)熱解炭中，限制了生物質(zhì)熱解炭在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用。
生物質(zhì)水熱炭化（Hydrothermal carbonization，HTC）過程是指在中等壓力（1~5 MPa）和溫度（180~280 °C）下的亞臨界水環(huán)境下，模擬并加速自然成煤過程，使生物質(zhì)形成類似煤炭的水熱炭。與常規(guī)的生物質(zhì)熱解技術(shù)相比，生物質(zhì)水熱炭化過程中水不發(fā)生相變，能耗較低，任意含水量的有機物均可做為原料，而且反應(yīng)過程中無排放，是生物質(zhì)處理領(lǐng)域的前沿技術(shù)。作為HTC行業(yè)的領(lǐng)跑者，西班牙Ingelia公司于2008年建成了世界上首套工業(yè)化生物質(zhì)水熱炭化裝置并運行至今，對HTC過程有十多年的研發(fā)經(jīng)驗，在英國、比利時等地也建成了HTC工廠。2021年北科環(huán)境與Ingelia公司以及北京科技大學(xué)和瑞典國家冶金研究院的科研團隊達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，致力于推廣生物質(zhì)水熱炭化技術(shù)在中國鋼鐵行業(yè)應(yīng)用。
生物質(zhì)經(jīng)過破碎機粉碎至適宜的顆粒后進入攪拌罐攪拌成漿，生物質(zhì)漿料通過柱塞泵注入預(yù)熱管路預(yù)熱后進入水熱反應(yīng)器發(fā)生水熱炭化反應(yīng)。反應(yīng)后的水熱炭漿進入預(yù)熱管路加熱生物質(zhì)漿料并降溫，降溫后的水熱炭漿卸壓后進入精制單元以進一步降低產(chǎn)物中的灰分。精制后的水熱炭漿通過壓濾機進行固液分離，固體產(chǎn)物炭餅經(jīng)干燥和（或）造粒后可得到成品水熱炭，液體產(chǎn)物工藝水一部分回流至攪拌罐用于原料城將，另一部分可濃縮精制后用作有機液肥，或經(jīng)生物降解后作為中水使用。
三、技術(shù)優(yōu)勢
1. 原料來源廣泛，任何種類、任意含水量的生物質(zhì)均可進行水熱炭化處理；
2. 生產(chǎn)過程中水不發(fā)生相變，且有完善高效的產(chǎn)物余熱回收手段，工藝能耗低，生產(chǎn)每噸生物質(zhì)水熱炭僅消耗熱量3GJ、電能50 kWh；
3. 水熱反應(yīng)器為連續(xù)反應(yīng)器，生產(chǎn)效率高，反應(yīng)器內(nèi)無活動組件和換熱器，投資省、易維護；
4. HTC生產(chǎn)線為模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，規(guī)模設(shè)計靈活，易于擴展；
5. 通過溫度壓力控制系統(tǒng)對水熱反應(yīng)器的運行狀態(tài)進行精準控制，多臺水熱反應(yīng)器可共用一套溫度壓力控制系統(tǒng)，節(jié)省投資和占地；
6. 生物質(zhì)中絕大部分無機鹽在HTC過程中進入水相，生物質(zhì)水熱炭灰分、鉀、鈉、硫等有害元素含量低；
7. 生物質(zhì)水熱炭易脫水干燥，可研磨性、燃燒性和輸送性優(yōu)異，熱值高，可作為煤炭、焦炭的替代物用于鋼鐵生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)；
8. 工藝水中有毒、有害的有機組分含量極低，易生物降解，或用于制備高附加值的有機液肥。
四、水熱炭化工廠
