[发明专利]氢冶金法

摘要

一种氢冶金法及相关设备，涉及氢冶金兼氢能源技术领域。用预还原炉对铁精矿粒料在富氢、高温、高压条件下快速预还原，生产还原度≥75％的海绵铁，以保温密闭方式输送给裂解炉；裂解炉将@类燃气经直流等离子电弧，在高温缺氧条件下裂解为高温氢和纳米@@，大部分高温氢输出至预还原炉，海绵铁经快速熔融还原治炼出铁水或半钢；同时利用预还原炉的尾气余热、生产高温蒸汽、再经水蒸气电解槽电解制得高温纯氢，高温纯氢经换热分离其中水份后，再回馈给预还原炉，其中部分作为氢能源直接输出。充分体现了氢冶金的高效、节能、最好的产品质量、最佳的减排效果。

主权项

一种氢冶金法，其特征在于：(1)两步三快基本工艺循环：第一步，用氢冶金预还原炉对铁精矿粒料，包括5～15mm铁精块矿粒料、或市场铁精粉矿制粒得到的粒径为5～20mm的铁精粉矿粒料，进行富氢H2≥80％，高温1200～1400℃，高压0.2～2MPa，快速预还原，生产还原度≥70％的海绵铁；优选采用粒度<0.1mm的市场细磨精选铁精粉矿制粒得到的粒径为5～20mm的精选铁精矿粒料，进行富氢H2≥90％，低温700～1200℃，高压0.2～2MPa，快速预还原，生产还原度≥80％的海绵铁，均以保温密闭方式输送给氢冶金冶炼裂解炉；第二步，用氢冶金冶炼裂解炉，实现天然气或煤层气、页岩气、地下煤制气、沼气、可燃冰气化气；以及褐煤等高含氢煤干粉、植物干粉、藻类干粉等，配以氢或烃类燃气作载气；通过其空心电极形成射流穿过其3000℃以上高温直流等离子弧弧心在高温缺氧条件下瞬间快速裂解为高温氢，和高温碳黑；高温氢以尾气形式输出直接供给氢冶金预还原炉为该炉高温富氢快速预还原生产海绵铁提供氢源；同时裂解产生的碳黑进入熔融高温铁液融池制造熔融高温饱和含碳铁液；对氢冶金预还原炉输入的海绵铁进行快速熔融终还原和渣铁分离，生产出铁水或半钢；从而完成氢冶金两步三快基本工艺循环连续生产；(2)冶金余热高温水蒸汽电解制氢：利用氢冶金预还原炉高温高焓尾气余热，生产600～1000℃高温水蒸气，再用质子导体固体电解质高温水蒸气电解槽堆，或氧离子导体固体电解质高温水蒸气电解槽堆，对所产生的高温水蒸气，实施低能耗高温水蒸电解制氢；其中质子导体固体电解质高温水蒸气电解槽堆所制得的高温纯氢，可直接回馈给氢冶金预还原炉，作为生产海绵铁的补充氢源，以便将每吨铁水的天然气等烃类燃气消耗量降低至100m3以下；而用氧离子导体固体电解质高温水蒸气电解槽堆所制得的氢，含有大量水蒸气，需经本冶金系统的尾气处理系统冷却分离提纯，并再次通过换热器吸热升温，然后回再馈给氢冶金预还原炉，其副产氧经干燥处理可回收利用；(3)尾气分离及CO变换制氢：对经过换热生产水蒸汽降温后的氢冶金预还原炉尾气，继续进行除尘、换热、袋滤、洗涤、脱硫、CO变换、气体分离，回收氢、二氧化碳、纳米碳黑、氩、和硫；将所回收的工业纯氢，部分馈入氢冶金裂解冶炼炉的氢冷却系统，对氢冶金裂解冶炼炉进行氢冷却和热回收，部分馈入尾气换热系统进行吸热升温，然后再将两部分热氢均回馈给氢冶金预还原炉，富余部分冷工业纯氢无需吸热升温可以直接输出作为氢能源汽车的氢能源；所回收的氩，则用于系统设备启、停、维修、气压密封、和氢冶金裂解冶炼炉前炉出铁出渣时，驱除其中空气，以及作为固体电解质高温水蒸汽电解槽的去极化气等，可反复回收循环利用。