[發明專利]氫冶金法

無效

• 申請號: 200810046129.0
• 申請日: 2008-09-23
• 公開（公告）號: CN101768651A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 樊顯理
• 申請（專利權）人: 樊顯理
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C01B3/24;C01B3/50;C25B1/02
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

技術領域

本發明涉及冶金和能源領域。特別涉及：天然氣、煤層氣、地下煤制氣、頁巖氣、可燃冰等烴類燃氣、褐煤等高含氫煤及植物干粉的直流等離子弧高溫缺氧直接裂解制氫；冶金余熱高溫水蒸氣電解制氫；富氫還原生產海綿鐵；海綿鐵熔融終還原生產鐵水或半鋼；而其二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放均趨近于零，并高度節能；還可輸出氫能源供應汽車氫能源化。

背景技術

1、氫冶金背景技術

巨型高爐煉鐵仍是當前主流冶金煉鐵技術，這種技術已非常成熟、產量巨大、生產成本頗具競爭力。但流程復雜、投資額巨大、噸鐵總能耗18GJ以上(700kg標準煤)，世界焦煤資源與鐵優質塊礦資源日趨匱乏，生產成本日增，與本發明氫冶金技術相比，能耗過高(本發明噸鐵總能耗≤12GJ，即≤400kg標準煤)、加以巨型高爐煉鐵噸鐵2.5噸以上的二氧化碳排放，是地球大氣環境重大污染源，隨著地球變暖威脅人類生存條件的問題日益突出，高爐煉鐵勢必成為眾矢之的，變革已是必然。

COREX煤熔融還原，是當前新興冶金煉鐵技術的代表，不用焦碳也能煉出好鐵，但實踐證明其總能耗、碳排放、生產成本三大指標均超過巨型高爐煉鐵。

Itmk3轉底爐高溫快速還原加電弧爐煉鐵技術，不用焦炭、效率也很高、10分鐘內就能生產出粒鐵、一個小時之內就能煉出鐵水，有世界第三代煉鐵技術之稱。但大規模產業化有一定困難，若要達到年產200萬噸鐵水的規模，須要建造直徑60米的巨型轉底爐10余座，還要維持其環形爐體不同區段1300℃以上高溫，但實際卻只能處理30～60毫米厚的礦料層、散熱面積過大，熱效率過低，維持正常運轉有一定難度，且大量二氧化碳排放問題依然存在。

鐵精礦超細粉體低溫快速還原加電爐煉鐵技術，是目前最新冶金技術，不用焦炭、效率也高、能耗、硫氧化物、氮氧化物排放也將是上述所有冶金技術中最低的。而且，隨著全世界富鐵礦的不斷開發，貧鐵礦產量比重愈來愈大，將不得不粉碎細磨精選成為富鐵精礦粉，這就為為鐵精礦超細粉體低溫快速還原的發展提供了最大市場。但這種煉鐵方法的大量二氧化碳排放仍是其根本問題；而且將細磨精選鐵精礦粉及煤粉、催化劑、脫硫劑等進一步混合潤磨成為粒度為0.04mm占總粉體量的90％，并混合造球，制造難度較高，工人工作條件較差，還會顯著增加產品成本。

2、氫能源背景技術：沒有廉價氫能源，就不可能進行氫冶金，也不可能實現汽車、拖拉機、輪船、飛機、以及人類基本生活氫能源化。解決地球溫室效應、扭轉全球氣候變暖趨勢，就只能僅僅是一種理想、輿論、爭論、推諉、和遙遠的將來。

但當前世界冶金、石化、火力發電、以及汽車、飛機、船舶等交通運輸、民用燃料等等，每年將數千億噸石油、天然氣、煤層氣、煤炭、植物干體、沼氣、電石氣等等最終變成二氧化碳統統排放到大氣中，日積月累，嚴重威脅人類基本生存條件，這是不爭的事實，人類要解決這一問題，已經刻不容緩，但這只有通過氫能源才能真正根本解決問題，別無它途。

世界各國長期以來，致力于從氫能源汽車起步，來發展“氫能源”與“氫經濟”、實現“二氧化碳減排”；各大汽車制造商家也投入了巨大的資金和技術力量，各國政府也非常重視，并作了大量資金支持；并將其提升成為各國政府首腦匯聚時的主要議題；甚至形成了具有一定約束力的《京都議定書》，然而在全世界普遍生產供應氫能源、建立遍布全球的加氫站，等方面的實際有效進展卻非常有限、可以說是難以起步。因為汽車分布全世界要在全世界行駛，任何企業任何國家都還沒有這個能力不顧經濟效益而能將其“一蹴而就”。

有人提出，許多國家也正在花巨資研究實施“二氧化碳填埋”，由于天空海洋上的運輸工具所產生的二氧化碳根本無法收集填埋，同時這是一項沒有經濟收益企業無法承受的巨額投入，更難以兌現。

單從制氫的角度來看，天然氣水蒸氣重整制氫，是國內外石化工業、合成氨肥料工業、甲醇工業、冶金海綿鐵工業應用最多、成本最低、技術上最成熟的石化燃料制氫技術；但從減排的角度來看，其根本缺點是每轉化1噸天然氣，就要向大氣中排放4噸二氧化碳。地球大氣環境實在難以承受。

堿性電解槽電解水制氫是目前不排放二氧化碳的，技術上最成熟的制氫技術，應用面也較廣，但由于每制1立方米氫需要消耗4.5～5.5kw.h電力，導致能耗及成本過高。且若用石化燃料發電提供電力，則二氧化碳排放實際上并未減少。