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為積極貫徹執行黨中央、國務院“碳達峰、碳中和”重大戰略決策，國家發改委等部門發布的《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》指出，到 2025 年，通過實施節能降碳行動，鋼鐵行業能效達到標桿水平的產能比例超過30%。在相關部門配套發布的《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平（2021年版）》中，鋼鐵工業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、甚至停產。
與傳統的煤炭等化石燃料相比，生物質資源是一種容量大、分布廣、可再生的清潔能源，生物質資源碳中性的特性使其在工業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的各環節。常規的生物質熱解技術解決了上述問題，但能耗高、污染重，且生物質中的灰分和鈉、鉀等有害元素富集在了生物質熱解炭中，限制了生物質熱解炭在鋼鐵行業的應用。
生物質水熱炭化（Hydrothermal carbonization，HTC）過程是指在中等壓力（1~5 MPa）和溫度（180~280 °C）下的亞臨界水環境下，模擬并加速自然成煤過程，使生物質形成類似煤炭的水熱炭。與常規的生物質熱解技術相比，生物質水熱炭化過程中水不發生相變，能耗較低，任意含水量的有機物均可做為原料，而且反應過程中無排放，是生物質處理領域的前沿技術。作為HTC行業的領跑者，西班牙Ingelia公司于2008年建成了世界上首套工業化生物質水熱炭化裝置并運行至今，對HTC過程有十多年的研發經驗，在英國、比利時等地也建成了HTC工廠。2021年北科環境與Ingelia公司以及北京科技大學和瑞典國家冶金研究院的科研團隊達成戰略合作協議，致力于推廣生物質水熱炭化技術在中國鋼鐵行業應用。
生物質經過破碎機粉碎至適宜的顆粒后進入攪拌罐攪拌成漿，生物質漿料通過柱塞泵注入預熱管路預熱后進入水熱反應器發生水熱炭化反應。反應后的水熱炭漿進入預熱管路加熱生物質漿料并降溫，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，固體產物炭餅經干燥和（或）造粒后可得到成品水熱炭，液體產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，或經生物降解后作為中水使用。
三、技術優勢
1. 原料來源廣泛，任何種類、任意含水量的生物質均可進行水熱炭化處理；
2. 生產過程中水不發生相變，且有完善高效的產物余熱回收手段，工藝能耗低，生產每噸生物質水熱炭僅消耗熱量3GJ、電能50 kWh；
3. 水熱反應器為連續反應器，生產效率高，反應器內無活動組件和換熱器，投資省、易維護；
4. HTC生產線為模塊化設計，結構緊湊、占地面積小，規模設計靈活，易于擴展；
5. 通過溫度壓力控制系統對水熱反應器的運行狀態進行精準控制，多臺水熱反應器可共用一套溫度壓力控制系統，節省投資和占地；
6. 生物質中絕大部分無機鹽在HTC過程中進入水相，生物質水熱炭灰分、鉀、鈉、硫等有害元素含量低；
7. 生物質水熱炭易脫水干燥，可研磨性、燃燒性和輸送性優異，熱值高，可作為煤炭、焦炭的替代物用于鋼鐵生產的各環節；
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
