[發明專利]一種電能加熱的氫氣直接還原煉鐵方法

有效

• 申請號: 202211301340.9
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115896378B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 許仁澤;朱慶山;王珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C21B13/12;C21B13/14
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明公開了一種電能加熱的氫氣直接還原煉鐵方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。本發明的電能加熱的氫氣直接還原煉鐵方法，其步驟為：鐵礦粉的預熱和預還原、預還原鐵礦粉的終還原、還原尾氣脫水處理和循環利用。含鐵原料在預還原流化床內的預還原和在終還原流化床內的終還原，分別采用微波加熱裝置和感應加熱裝置進行加熱，通過利用電能加熱維持流化床氫氣煉鐵的反應溫度，可充分利用氫氣的化學能，保證流化床氫氣還原效率，能夠實現流化床全氫冶煉，有效降低流化床氫冶金工藝的能耗和提高流化床氫冶金工藝的經濟性。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，更具體地說，涉及一種電能加熱的氫氣直接還原煉鐵方法。

背景技術

目前，高爐煉鐵是生產鐵水的主要工藝，該工藝以造塊后的燒結礦、球團礦為主要原料，以焦炭、煤粉為主要燃料，由于焦炭在高爐內的骨架作用具有不可替代性，高爐煉鐵過程中CO₂排放量約占整個鋼鐵行業CO₂排放量的70％，是主要的碳排放行業。為實現鋼鐵冶金行業的源頭減碳，亟需開發綠色低碳冶金新技術。氫氣是一種優良的還原劑和清潔能源，探索和開發以氫代碳作為還原劑的直接還原煉鐵工藝，可從源頭上降低煉鐵過程的二氧化碳排放，符合鋼鐵工業綠色低碳、清潔生產的發展趨勢。

根據反應器類型的不同，氣基直接還原煉鐵工藝主要分為豎爐工藝和流化床工藝，相比于豎爐工藝，流態化直接還原工藝具有直接利用粉礦、無需燒結或造球工序、反應過程傳質阻力小、傳熱和還原效率高、可實現低溫還原等優勢。對于流化床氫氣煉鐵工藝，由于氫氣還原鐵氧化物為吸熱反應，除了需要將含鐵物料加熱至反應溫度，還需要提供足夠的熱量以維持流化床內還原反應的順利進行，為滿足正常的生產要求，則需要提高通入流化床內作為載熱體的氫氣量，這將導致熱平衡所需氫氣量遠大于還原反應所需氫氣量，造成流化床內物理熱和化學能的嚴重不匹配，使得氫氣的利用率偏低。因此，實現合理供熱和提高氫氣利用率，是發展流化床氫冶金工藝亟需突破的技術瓶頸。

目前采用流化床作為反應器的直接還原工藝主要有FIOR工藝和Circored工藝，FIOR工藝采用一級預熱流化床和三級還原流化床，第一級預熱流化床采用天然氣或煤氣與空氣燃燒后的熱煙氣對礦粉進行預熱，還原氣體經預熱后由第四級流化床進入，串聯通過多級流化床完成鐵礦粉的還原反應。Circored工藝以天然氣重整得到的氫氣作為單一還原劑，利用流化床對礦粉進行預熱，在第一級循環流化床內進行預還原，在第二級鼓泡流化床內進行終還原，還原反應所需熱量由粉礦和循環氣體的加熱提供。專利申請號CN200580017740.5公開了一種直接還原的設備和方法，該申請案采用兩級流化床還原固態鐵礦石氧化物，其中在第一流化床中通過固態含碳材料和含氧氣體反應而產生熱，而在第二流化床中還原含金屬原料，并且通過從第一流化床中流出的熱尾氣物流和夾帶固體而將熱供應給第二流化床。現有的采用流化床進行直接還原的系統，存在礦粉預熱效果差，還原所需熱量需要通過燃燒碳質燃料提供，造成二氧化碳的排放，熱量利用率低等問題。對于全氫煉鐵工藝而言，在流化床內部通過燃燒氫氣將化學能轉化為熱能以維持還原反應的進行，容易導致局部氧化性氣氛過高從而影響鐵礦粉的還原；在流化床外部通過氫氣加熱器預熱氫氣，則需要大量的循環氫氣以滿足反應吸熱的需求，使得能量利用率偏低，另外氫氣加熱器的設備相對復雜，制造成本高，高溫條件下金屬易發生氫脆現象，存在一定的安全隱患。直接利用電能對流化床反應器直接供熱，是實現流態化直接還原氫冶金重要的途徑之一。