[发明专利]一种利用CO2

说明书

本发明公开了一种利用CO₂无碳脱氧制取CO气体的系统及方法，将炼钢感应炉改造为密闭造气炉，CO₂或含有高浓度CO₂的工业尾气作为原料气体由底吹元件通入至1600℃‑1800℃的氧饱和铁基熔体，制取高浓度CO气体，CO₂脱氧产物FeO迁移至渣相并通过外加电场方式实现氧的脱除及铁的还原再生，构建以氧饱和铁基熔体溶质铁元素为氧转移介质的CO₂无碳脱氧制取CO新方法，同时CO₂分解吸热及熔渣电化学还原耗热所需能量可通过光伏、风力、水力或核能发电装置产生，以绿电为能量载体实现无额外碳输入条件下CO₂与CO的高效质能转化，打通钢铁‑化工联产耦合的碳中性循环过程，具有良好的应用及发展前景。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金过程CO₂气体资源化利用及CO气体高效制备生产领域，尤其涉及一种利用CO₂无碳脱氧制取CO气体的系统及方法。

背景技术

目前国内外均尝试寻求利用人工光合作用生产碳氢化合物，以降低大气中CO₂浓度，即利用绿色能源将CO₂与水或者氢气合成碳氢化合物；但CO₂键能高，直接采用CO₂加氢产物收得率低，因此现有技术路线首先是将CO₂脱除一个氧原子生成更具反应性的CO，CO再与水或者氢气结合转化为液态烃。目前工业催化过程中将1mol的CO₂转化为CO必须施加至少1.33eV的能量，同时需要额外附加1.5eV能量以及贵金属催化剂，合成碳氢化合物所需的能量远超过其化学键中所能储存的能量，为提高其转化效率及反应速率通常还需要高温高压环境，目前CO₂转化率通常在40％-60％之间。能否利用钢铁冶炼工序熔池高效的传质传热反应环境，将CO₂转化为CO供给化工行业，从而实现钢铁源头降碳、化工末端固碳的钢化联产深度耦合，是钢铁冶金工作者持续关注的重点课题。

中国发明专利“一种利用CO₂制备CO气体的系统及方法”(申请号：202111603595.6)基于CO₂气体在氧饱和的铁基熔体中反应的高分解率特性，提出了一种将高纯CO₂气体通过置于由炼钢感应炉改造得到的密闭造气炉底部的底吹元件通入熔池温度为1600℃-1800℃之间的氧饱和Fe-O-C熔体中[CO₂+Fe→CO+FeO]，气相生成物经气体分离装置后制备高纯度CO气体，该方法虽可大规模高效消纳CO₂气体，但其脱氧产物FeO是通过碳质材料还原再生为金属铁[FeO+C→Fe+CO]，进而实现铁元素循环利用，该流程本质仍为外加碳源“以碳降碳”的方式通过CO₂脱碳反应制取 CO气体[CO₂+C→2CO]，间接增加了碳排放量。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过采用一种无额外碳输入的情况下，将大量存在于冶金系统的CO₂气体资源化利用及高效制备CO 气体。

本发明的基本原理如下：

基于此，申请人提出将炼钢感应炉改造为密闭造气炉，CO₂或含有高浓度CO₂的工业尾气作为原料气体由底吹元件通入至1600℃-1800℃的氧饱和铁基熔体，制取高浓度CO气体，CO₂脱氧产物FeO迁移至渣相并通过外加电场方式实现氧的脱除及铁的还原再生，构建以氧饱和铁基熔体溶质铁元素为氧转移介质的CO₂无碳脱氧制取CO 新方法，同时CO₂分解吸热及熔渣电化学还原耗热所需能量可通过光伏、风力、水力或核能发电装置产生，以绿电为能量载体实现无额外碳输入条件下CO₂与CO的高效质能转化，打通钢铁-化工联产耦合的碳中性循环过程，具有良好的应用及发展前景。