[发明专利]一种天然气裂解氢冶金方法及设备

摘要

本发明涉及天然气裂解氢冶金方法及设备，尤其是涉及一种冶金炼铁的方法及实现该方法的冶炼设备。本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效降低冶金工业二氧化碳排放的冶金方法，本发明所采用的技术方案中的冶金方法是一种天然气裂解氢冶金方法，以高压空心电极电弧炉或高压空心电极矿热炉作为冶炼裂解炉，其基本工艺步骤为：通过冶炼裂解炉一方面裂解天然气制取氢气，另一方面利用天然气裂解产生的碳黑直接进入熔融高温铁液，制造饱和含碳铁液顺利实施海绵铁的熔融还原，生产出铁水，然后再利用氢气预还原铁精矿粉制得海绵铁。同时也提供适用于该冶金方法的设备。本发明的优点是，二氧化碳排放趋于零，能耗小，成本低，产品质量好。

主权项

一种天然气裂解氢冶金的方法，以高压空心电极电弧炉或高压空心电极矿热炉作为冶炼裂解炉，其工艺步骤包括：(1)通过冶炼裂解炉空心电极的中心孔道，以天然气作载气输入海绵铁粉，其配比为：CH4≥96％的天然气80～200Kg∶还原度＞70％的海绵铁1000Kg，冶炼炉的工作压力0.12～5MPa，一方面利用空心电极产生的等离子电弧高温3000～10000K直接加温并裂解天然气制取氢气，以电弧炉尾气方式输出；另一方面利用天然气裂解产生的碳黑直接进入空心电极下面高温熔融铁液，成为熔融高温铁液中的溶解碳，制造熔融高温饱和含碳铁液，使加入的海绵铁中已还原铁实现快速熔融与渣铁分离、使加入的海绵铁中未还原氧化铁实现快速熔融终还原，从而生产出铁水；同时天然气中难以避免存在的少量二氧化碳，和铁精矿中难以避免存在的少量SiO2、MnO、P2O5等也会部分或全部与溶解碳产生反应还原并产生一氧化碳；其主要化学反应式如下：CH4→[C]+2H2[3Fe]+[C]→[Fe3C][Fe3O4]+[C]→3[FeO]+CO[FeO]+[C]→[Fe]+COSiO2+2[C]→[Si]+2COMnO+[C]→[Mn]+COP2O5+5[C]→2[P]+5COCO2+C→2CO(2)将冶金尾气实施降温、除尘、洗涤、脱水、脱硫、CO转换、二氧化碳分离，得到纯度≥96％的工业纯氢，再通过换热器吸收海绵铁和电弧炉尾气显热升温，通入流化床中，对经过干燥预热，粒度为0.02～5.0mm的铁精矿粉，或氧化镍矿粉等，进行纯氢预还原，作业温度800～1100K，作业压力低于或等于冶炼裂解炉设定工作压力，生产还原度＞70％的海绵铁，并用于步骤(1)实现工艺循环，其预还原反应式如下：当作业温度低于843K时为：3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2OFe3O4+4H2→3Fe+4H2ONiO+H2→Ni+H2O；当作业温度高于843K时为：3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2OFe3O4+H2→3FeO+H2OFeO+H2→Fe+H2O在上述整个冶金过程中根据所用原材料的化学成分变化引起的炉气成分及压力变化，在上述设定范围内及时调控冶炼裂解炉天然气加入量和流化床海绵铁的还原度，实现整个冶金过程碳氢供需平衡、系统压力稳定，生产安全顺行。