[發明專利]一種負碳還原鐵合成氣的生產方法以及氣基豎爐生產還原鐵的方法

在審

• 申請號: 202111020897.0
• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN115724398A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 周紅軍;周穎;吳全貴;徐春明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);北京碳零氫電科技有限公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C21B13/02;C25B1/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;韓蕾

本發明提供了一種負碳還原鐵合成氣的生產方法以及氣基豎爐生產還原鐵的方法。該生產方法包括以下步驟：將H₂補CO₂后進入合成氣轉化催化劑床層，制備得到合成氣。本發明還提供了一種氣基豎爐生產還原鐵的方法，其包括：按照上述方法制備得到合成氣；將合成氣輸入氣基豎爐進行還原鐵的生產。發展氣基豎爐就是為生產鋼鐵CO₂減排，本發明能夠利用光伏、風電等綠電電解水生產綠氫與CO₂混合生產氣基豎爐合成氣，若整個工藝過程也采用綠電供能，將實現負碳冶金，不僅不會產生CO₂，還會消耗一定量的CO₂。

技術領域

本發明涉及一種負碳還原鐵合成氣的生產方法以及氣基豎爐生產還原鐵的方法，屬于合成氣制備技術領域。

背景技術

鋼鐵生產由長流程轉向短流程，實現鋼鐵生產減碳，這一過程離不開還原鐵的生產，還原鐵主要以氣基豎爐工藝生產。

隨著光伏風電的生產，使電價格逐漸降低，降到一定程度時，如每度綠電0.1元時，利用綠電電解水制取H₂生產還原鐵將具有可行性。然而，在氣基豎爐中，H₂還原鐵礦為吸熱反應，因此，如果采用純H₂還原還需要更高的溫度(1000℃以上)，以防還原過程中因吸熱而導致床層強度下降，影響反應速度，甚至終止還原。此外，氣基豎爐還原過程中，還要滲碳以降低還原鐵出豎爐的活性，防止見空氣氧化強烈，影響質量，運輸以及后續加工，因此，氣基豎爐生產還原鐵，純H₂中需添加碳源，以滿足工藝中滲碳要求。

由此可以看出，利用純H₂生產還原鐵還存在較多的問題，需要尋找新的技術路線。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種還原鐵合成氣的生產方法，通過將H₂、CO₂組合或將氣基豎爐還原鐵尾氣與H₂、CO₂組合進行轉化，得到適用于生產還原鐵的合成氣。

為達到上述目的，本發明提供了一種負碳還原鐵合成氣的生產方法，其包括以下步驟：

將H₂補CO₂后進入合成氣轉化催化劑床層，制備得到合成氣。

氣基豎爐還原鐵合成氣一般由H₂和CO組成，而CO還原鐵礦石為放熱，而現有技術中，H₂一般是和CO₂組合用于生產甲醇，本發明的生產方法將H₂和CO₂組合在一起，借助合成氣轉化催化劑利用部分H₂將CO₂還原成CO，從而得到合成氣，進一步用于氣基豎爐生產還原鐵。通過這種方式，一方面可以在較低溫度下進行還原鐵的生產，避免采用純H₂生產還原鐵時所需要的高溫，另一方面，通過所添加的CO₂可以作為“滲碳”所需要的碳源。通過本發明的方法可以同時解決純H₂生產還原鐵的高溫以及“滲碳”問題，為純H₂的應用找到出路，為利用純H₂生產還原鐵找到新的技術路線，并且可以在較低要求的條件下實現。

在上述生產方法中，優選地，將氣基豎爐還原鐵尾氣與H₂和CO₂的混合氣按一定比例混合后進入合成氣轉化催化劑床層，制備得到合成氣。在一般氣基豎爐生產過程中，不可避免地要把豎爐爐頂氣循環利用，若以豎爐爐頂氣作為燃料加熱反應氣體，造成碳源損失，更需補充更大量的天然氣。本發明的生產方法可以將豎爐爐頂氣經過降溫除塵之后，與H₂、CO₂的混合氣混合之后，與合成氣轉化催化劑接觸，生產得到合成氣，然后用于還原鐵的生產。

本發明的生產方法利用CO₂加氫生產CO和水這一反應，在合成氣轉化催化劑的作用下：