Biohiilen käyttö koksin raaka-aineena

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on esitellä biomassoista valmistettujen biohiilten soveltuvuutta terästeollisuudessa käytettävän metallurgisen koksin raaka-aineeksi. Koksin valmistuksessa normaalisti käytettävän kivihiilen mahdollinen korvaus bioperäisillä raaka-aineilla vähentäisi ympäristölle haitallisten hiilidioksidipäästöjen syntymistä, mikä edesauttaisi osaltaan kasvihuoneilmiön torjumista.

Työssä pyrittiin selvittämään, millaisia erilaisia biohiiliä olisi mahdollista käyttää koksin valmistuksessa, sekä miten biohiilen käyttö raaka-aineena vaikuttaa koksin kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Työ suoritettiin kirjallisuuskatsauksena, ja siinä käsitellään pääasiassa eri tahojen suorittamia laboratoriomittakaavan tutkimuksia aiheeseen liittyen.

Työssä havaittiin, että biomassasta pyrolysoimalla valmistetun biohiilen käyttö koksin raaka-aineena on mahdollista, mutta lisäyksen vaikutus koksin ominaisuuksiin on osittain negatiivinen. Työssä käsitellyissä tutkimuksissa koksin mekaaninen lujuus heikkeni lisätyn biohiilen takia, joka johtui osittain pienenevästä fluiditeetista sekä lisääntyvästä reaktiivisuudesta. Myös valmistettujen biokoksien mikrorakenteissa havaittiin epätasaisuuksia. Toisaalta biohiililisäyksellä havaittiin olevan selkeä positiivinen vaikutus koksista aiheutuviin päästöihin. Käytön laajentaminen teolliseen mittakaavaan vaatii selkeästi vielä lisää tutkimusta ja testauksia.

The purpose of this bachelor’s thesis is to determine the applicability of biomass-based biochar as a raw material for metallurgical coke used in the steel industry. The potential replacement of coal, which is normally used in the production of coke, with bio-based raw materials would reduce the formation of environmentally harmful carbon dioxide emissions, thus contributing to the fight against the greenhouse effect.

In this work it was found out what kind of biochar could be used in the production of coke and how the usage of biochar affects to the chemical and physical properties of coke. The work was carried out as a literature review and it mainly deals with some laboratory-scale studies related to the subject.

It was found in the work that the usage of biochar produced by pyrolysis of biomass as a raw material for coke is possible, but the effect of the addition on the coke properties is partly harmful. The mechanical strength of the coke was reduced in the studies investigated in the work due to the added biochar, which was partly due to the decreasing fluidity of the coking blend and increasing coke reactivity. Microstructures of the produced biocoke also showed irregularities. On the other hand, the usage of biochar was found to have a clear positive effect on coke emissions. Extending the usage to industrial scale clearly requires more research and testing.