[发明专利]一种氢气和金属制品相伴的生产方法及生产系统

说明书

本发明提供了一种氢气和金属制品相伴的生产方法及生产系统，包括中闪炉及烟气净化系统；中闪炉包括熔炼空间、换热烟道及熔池；换热烟道的外壁或内部设有冷介质流道，冷介质流道的出口端与熔炼空间顶部的氢气入口连接，烟气净化系统的入口端与换热烟道的出口端连接，烟气净化系统的氢气出口端与冷介质流道的入口端连接，烟气净化系统的作用是将烟气中的氢气与其他杂质分离后送回中闪炉内。本发明所述的氢气和金属制品相伴的生产方法及生产系统通过制氢和熔炼金属相伴生产的方式，实现了以低成本大规模的生产绿色氢气，并为市场提供负担得起的绿色钢材，同时也实现了整个工艺流程碳的净零排放。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其是涉及一种氢气和金属制品相伴的生产方法及生产系统。

背景技术

目前，金属冶金行业在面对越来越严格的碳中和要求，金属冶炼企业普遍的做法是等待新的绿色的能源(生产过程中的碳排放为零)的开发，例如，钢铁行业在等待并试用绿色的电、绿色的氢来炼钢，但是由于绿色能源的价格比传统能源的价格高很多，致使企业在过渡期内很难有效管理绿色产品及传统产品投放市场的行为。因此急需寻找一种可利用制氢冗余环境来顺带地熔炼金属的方法或利用冶炼金属的冗余环境来顺带的生产氢气的方法，让氢气和金属生产的成本相互覆盖，使氢气和金属生产成本都低于各自在专业领域中的生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种氢气和金属制品相伴的生产方法及生产系统，通过制氢和熔炼金属相伴生产的方式，使氢气和金属生产的成本相互覆盖，实现了以低成本大规模的生产氢气，并为市场提供负担得起的绿色钢材。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氢气和金属制品相伴的生产方法，包括如下步骤：

S1、从闪速冶金设备的熔炼空间的顶部将干燥金属氧化矿粉、氧气加入充满高温氢气的1300℃以上的熔炼空间，矿粉颗粒与氢气充分接触，快速发生还原反应，矿粉还原熔炼后的固液产物进入闪速冶金设备的熔池中，烟气进入熔池上部的通道，向上升烟道方向流动；

S2、向熔池内温度为1400℃-1800℃的熔体中喷入甲烷，甲烷裂解为固碳和氢气；同时向熔池内喷入氧气，氧气与裂解产生的过量H₂燃烧，为熔池补充热量，多余的氢气上浮进入烟气中，向上升烟道方向流动，进入烟气净化系统；在熔池中同时加入熔剂，使矿粉中的脉石成分与熔剂造渣，在经过沉淀分层后，形成金属熔体层和渣层；甲烷裂解的固碳因密度原因上浮至渣层上部，固碳与熔渣一起通过排渣口排出，而金属熔体通过金属排放口排出。

甲烷在1400℃以上的裂解形成的固碳产物一般是炭黑，但在条件合适时，也可能会形成碳纳米管或热解石墨等形态。

进一步的，还包括步骤S3：烟气处理：从闪速冶金设备的上升烟道排出的高温烟气进入高温换热设备的热介质流道，高温烟气的主要成分为H₂、H₂O，及少量CO、CO₂，在与高温换热设备的冷介质流道中的冷介质热交换后降温，进入烟气净化系统，经除尘净化、脱水及脱碳后，将得到的常温高浓度氢气送入高温换热设备上的冷介质流道中，在换热升温后，经氢气入口送入闪速冶金设备的熔炼空间内。

进一步的，所述S3中脱碳后得到的高浓度CO₂气体经加热升温后喷入S2中所述的金属熔体层中，与金属熔体层中的渗碳发生反应，生成CO。

进一步的，所述高温换热设备的冷介质流道有两种，两种冷介质流道互不连通；其中一种冷介质流道中的冷介质为S3中所述的常温高浓度氢气，另一种冷介质流道中的冷介质为S3中所述的脱碳后得到的高浓度CO₂气体，脱碳后的高浓度CO₂气体通过高温换热设备进行加热升温。

进一步的，所述S2中的喷入的甲烷为天然气中的甲烷、焦煤煤气中的甲烷或市售高纯甲烷气体。