[发明专利]一种基于氨气直接还原铁生产热态海绵铁的方法

说明书

本发明涉及一种基于氨气直接还原铁生产热态海绵铁的方法，将氨气引入装有含铁原料的反应装置内，氨气被含铁原料中的铁氧化物催化分解生成氮气和氢气的同时，直接参与铁氧化物的还原反应，将铁氧化物还原成金属铁；本发明采用氨气作为氢气载体及直接还原剂，通过保证反应温度和氨气浓度，快速进行铁的还原反应，实现直接还原炼铁的目的。

技术领域

本发明涉及直接还原炼铁技术领域，尤其涉及一种基于氨气直接还原铁生产热态海绵铁的方法。

背景技术

直接还原炼铁是用气体或固体还原剂在低于矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法，其产品称直接还原铁(DRI)，这种铁保留了失氧前的外形，因失氧形成大量微孔隙，显微镜下形似海绵结构，故又称海绵铁。

气基竖炉直接还原炼铁因其操作容易、能耗低、效率高等优点，已经成为当今世界主流的海绵铁生产方法。目前，气基直接还原炼铁一般采用CO和H₂作为气体还原剂来生产海绵铁。CO用作气体还原存在还原气析碳、铁矿石易还原粉化粘接、冷却设备复杂等问题。H₂用作气体还原剂存在长时间储存及远距离运输不便等问题。

公开号为CN111575427A的中国专利申请公开了“一种近零排放的氢冶金工艺”，其采用氢气将铁矿原料直接还原铁。气体供应与循环系统包括水制氢系统、第二氢气压缩机、调节阀组、第三氢气压缩机、加热器和预热器等，设备组成复杂。实际上，采用水制备氢气的方式很难满足大型钢铁冶炼系统还原铁矿原料时对氢气的需求。氢气不便于长时间储存和远距离运输的问题将制约该工艺的应用，而在钢铁企业内部建立大型储氢站存在巨大的安全隐患。

公告号为CN209798009U的中国实用新型专利公开了“一种采用氢气生产热态海绵铁的系统”，其采用氢气生产热态海绵铁，直接还原竖炉的热态氢气入口取代了传统的还原气入口，促进铁矿石还原更加有效。该技术方案中没有明确说明氢气的供给和储存方式，而大型钢铁冶炼系统还原铁矿原料时对氢气需求量巨大，因此同样存在氢气不便于长时间储存和远距离运输的问题制约其应用，而在钢铁企业内部建立大型储氢站存在巨大的安全隐患的问题。

公开号为CN107299176A的中国专利申请公开了“一种竖炉生产直接还原铁的系统及其方法”，其利用低阶煤热解制备还原气，经调质后通入竖炉将铁矿直接还原为海绵铁。其调质煤气中含有CO、CO₂和CH₄，无法解决CO还原存在还原气析碳、铁矿石易还原粉化粘接、冷却设备复杂和CO₂温室气体排放等问题。

公开号为CN 102329912 A的中国专利申请公开了“一种直接还原铁的快速还原方法”，其利用磷酸铵与碱石灰反应，产生氨气，进而生成氢气，氢气还原三氧化二铁，使反应速度提高，生产速度加快。但实际上，按照该技术方案将铁矿粉(Fe₂O₃)中加入催化剂-磷酸铵、碱石灰混合物(500∶1∶20)的条件，其分解氨气后的氢气浓度只有25％左右，而常规的氢气还原氧化铁过程中氢气的浓度需要达到60％以上才能实现生产金属铁的目的，因此该技术方案的可行性值得商榷。

综上所述，目前，需要寻找一种新的气体还原剂以解决上述问题。

氨气作为无碳燃料，同时也是一种富氢气体，其中氢的质量百分比为17.6％，其在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。氨气可在常温下加压液化或常压下冷却液化，且液氨的体积能量密度高于液氢，因此液氨更便于储存和运输，是氢的理想载体。

发明内容

本发明提供了一种基于氨气直接还原铁生产热态海绵铁的方法，采用氨气作为氢气载体及直接还原剂，通过保证反应温度和氨气浓度，快速进行铁的还原反应，实现直接还原炼铁的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：