综述：生物质秸秆碳化技术及其在冶金中的应用：最新进展与未来挑战

这篇综述系统探讨了生物质秸秆（biomass straw）作为可再生资源在冶金工业中替代化石燃料的应用潜力，重点分析了热解（pyrolysis）、水热碳化（HTC）和水热液化（HTL）等技术机制，并对比了生物炭（biochar）与无烟煤的理化特性。文章指出，HTC因其高效固碳和低污染特性成为最具前景的处理方式，但大规模应用仍需解决反应动力学、组分互作及碳循环经济性等问题，为冶金行业低碳转型提供了理论支撑。

　　

生物质秸秆碳化技术及其在冶金中的应用

物理和化学性质
生物质秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，其高挥发分（60-80%）和低固定碳（15-25%）显著区别于无烟煤。中国年产约9亿吨秸秆，但受限于高碱金属（K/Na）含量和低热值（14-18 MJ/kg），直接利用会引发冶金设备结瘤和效率下降。通过热化学转化可提升其能量密度至25-30 MJ/kg，接近无烟煤水平。

碳化技术对比
热解（Pyrolysis）：在缺氧条件下加热（300-800°C）生成生物炭、焦油和合成气，但焦油副产物易造成设备堵塞。
水热碳化（HTC）：以水为介质（180-250°C）将秸秆转化为高碳固体燃料，碳保留率高达75%，且能有效固定碱金属。
水热液化（HTL）：高温高压（250-374°C）产生生物原油，但设备成本较高。实验表明，HTC产物的机械强度（>40 MPa）更适配高炉喷吹需求。

冶金应用场景

1. 焦炭生产：掺入10%玉米秸秆生物炭可降低焦炭反应性（CRI）2-3个百分点；
2. 高炉炼铁：HTC炭粉替代20%煤粉时，吨铁CO₂减排达15%；
3. 电炉炼钢：生物炭作为泡沫渣调节剂，能减少氟化物排放。

挑战与展望
当前瓶颈包括秸秆收集运输成本高、碳化反应动力学模型不完善等。未来需优化HTC工艺参数（如温度梯度控制），并建立全生命周期碳经济评估体系。安徽高校青年项目的实验数据显示，改性HTC炭可使高炉燃料比降低8%，印证了其工业化潜力。