本發(fā)明涉及冶煉，具體而言，涉及一種直接還原鐵的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著碳中和目標(biāo)的提出，鋼鐵工業(yè)作為高能耗、高碳排放的行業(yè)，面臨著綠色低碳轉(zhuǎn)型的巨大壓力。傳統(tǒng)的高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程煉鋼工藝依賴于焦炭的使用，是鋼鐵工業(yè)中碳排放的主要來(lái)源。但是，電爐煉鐵工藝存在一些突出問(wèn)題：煤氣利用率低，依賴煤、焦等碳質(zhì)還原劑，環(huán)境污染負(fù)荷高。為了減少碳足跡，發(fā)展基于氫氣和天然氣等低碳能源的直接還原鐵(dri)技術(shù)，成為了促進(jìn)鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要路徑之一。

2、直接還原鐵(dri)工藝通過(guò)氣基還原劑(如氫氣、天然氣等)或煤基還原劑將鐵礦石還原為固態(tài)鐵(也稱為海綿鐵)，避免了傳統(tǒng)高爐中焦炭的使用，顯著減少了二氧化碳排放。dri工藝最早采用天然氣作為主要的還原劑。但是，天然氣基還原工藝需要大量天然氣資源，而許多鋼鐵生產(chǎn)地區(qū)難以獲得穩(wěn)定且廉價(jià)的天然氣供應(yīng)，這限制了工藝的推廣。并且，天然氣基還原工藝對(duì)高品位鐵礦石的處理效率較高，但對(duì)于含有較多脈石雜質(zhì)的低品位鐵礦石，天然氣基還原反應(yīng)的速率顯著降低，導(dǎo)致能耗增加、還原效率下降。此外，盡管天然氣基工藝的碳排放較傳統(tǒng)高爐有所降低，但由于co是主要的還原劑，工藝過(guò)程仍然產(chǎn)生較高量的二氧化碳。

3、隨著碳減排要求的提高，氫氣作為最具潛力的清潔還原劑，逐漸受到廣泛關(guān)注。通過(guò)將氫氣作為主要還原劑替代天然氣或煤炭，采用氫基直接還原工藝，可進(jìn)一步減少碳排放。然而，現(xiàn)有的氫基直接還原工藝仍然大多依賴于高品位鐵礦石，而處理低品位鐵礦石時(shí)，反應(yīng)速率低，還原效率低。這是因?yàn)?，相比高品位鐵礦，中低品位鐵礦含有更多的脈石(如sio2、al2o3等)，使得在冶煉過(guò)程中能耗增加、還原速率下降。并且，現(xiàn)有的氫基直接還原工藝能源成本高，限制了其大規(guī)模推廣的可行性。

4、因此，亟需開(kāi)發(fā)能夠處理中低品位鐵礦石的高效且低成本的直接還原技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的生產(chǎn)方式。

5、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種直接還原鐵的制備方法，通過(guò)生物質(zhì)原料經(jīng)氣化后產(chǎn)生的高溫高壓富氫合成氣作為還原氣，高溫高壓富氫合成氣未進(jìn)行處理，其溫度和壓力高、溫度分布均勻性好，成本低，能夠充分、高效地接觸中低品位鐵礦，提高熱效率，提高對(duì)低品位鐵礦石的還原效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)中低品位鐵礦的氫基直接還原，降低成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)處理低品位鐵礦石時(shí)效率低的問(wèn)題。同時(shí)，采用高溫高壓富氫合成氣，并根據(jù)高溫高壓富氫合成氣的組成設(shè)定還原溫度，能夠有效減少能耗。此外，本發(fā)明采用主要成分為氫氣的高溫高壓富氫合成氣作為還原氣，取代傳統(tǒng)天然氣基還原工藝，顯著降低了對(duì)天然氣資源的依賴。解決了天然氣供應(yīng)不穩(wěn)定、價(jià)格波動(dòng)大的問(wèn)題，使得工藝在資源匱乏地區(qū)依然具有可行性。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種直接還原鐵的制備方法，包括如下步驟：

4、以生物質(zhì)原料經(jīng)氣化后產(chǎn)生的高溫高壓富氫合成氣作為還原氣，對(duì)含中低品位鐵礦的球團(tuán)進(jìn)行還原，得到所述直接還原鐵；

5、其中，所述高溫高壓富氫合成氣中包括h2和co；

6、當(dāng)所述還原氣中的所述h2所占的摩爾分?jǐn)?shù)xh2為50％≤xh2<65％，且所述還原氣中的所述co所占的摩爾分?jǐn)?shù)xco為30％～45％時(shí)，所述還原的反應(yīng)溫度為900～950℃；

7、當(dāng)所述還原氣中的所述h2所占的摩爾分?jǐn)?shù)xh2為65％≤xh2<90％，且所述還原氣中的所述co所占的摩爾分?jǐn)?shù)xco為5％～30％時(shí)，所述還原的反應(yīng)溫度為850～900℃；

8、當(dāng)所述還原氣中的所述h2所占的摩爾分?jǐn)?shù)xh2≥90％時(shí)，所述還原的反應(yīng)溫度為800～850℃。

9、進(jìn)一步地，所述高溫高壓富氫合成氣主要由生物質(zhì)原料經(jīng)粉碎、干燥并氣化后制得。

10、進(jìn)一步地，所述生物質(zhì)原料包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢料、秸稈和木屑中的至少一種。

11、進(jìn)一步地，所述生物質(zhì)原料粉碎至平均粒徑≤200μm。

12、進(jìn)一步地，將經(jīng)過(guò)所述粉碎和所述干燥后的生物質(zhì)原料與氧氣和二氧化碳在氣流床氣化爐中進(jìn)行所述氣化。

13、進(jìn)一步地，所述氣化的溫度為1100～1300℃。

14、進(jìn)一步地，所述氣化的時(shí)間為10～20s。

15、進(jìn)一步地，所述氣化的壓力為5～15bar。

16、進(jìn)一步地，所述高溫高壓富氫合成氣直接輸送至氫基豎爐內(nèi)進(jìn)行所述還原。

17、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，向所述氫基豎爐內(nèi)通入氧氣以進(jìn)行熱量補(bǔ)償，所述氧氣的通入流量為3000～4000nm3/h。

18、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述高溫高壓富氫合成氣的溫度為800～950℃。

19、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述高溫高壓富氫合成氣的氣壓為5～15bar。

20、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述高溫高壓富氫合成氣的通入流量為25000～150000nm3/h。

21、進(jìn)一步地，所述中低品位鐵礦的品位為58％～65％。

22、進(jìn)一步地，所述球團(tuán)的直徑為10～15mm。

23、進(jìn)一步地，所述還原的反應(yīng)時(shí)間為30～90min。

24、進(jìn)一步地，所述還原后所產(chǎn)生的氣體作為循環(huán)氣體，將補(bǔ)充的氫氣、補(bǔ)充的氧氣和補(bǔ)充的所述高溫高壓富氫合成氣與所述循環(huán)氣體混合得到循環(huán)還原氣；將所述循環(huán)還原氣循環(huán)利用，對(duì)所述中低品位鐵礦進(jìn)行還原，形成閉環(huán)。

25、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述循環(huán)還原氣的溫度為800～950℃。

26、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述循環(huán)還原氣的氣壓為5～15bar。

27、進(jìn)一步地，所述還原的過(guò)程中，所述循環(huán)還原氣的通入流量為25000～150000nm3/h。

28、進(jìn)一步地，所述直接還原鐵的年產(chǎn)為25～100萬(wàn)噸。

29、進(jìn)一步地，所述直接還原鐵的金屬化率為60％～95％。

30、進(jìn)一步地，所述制備方法的co2排放量為≤400kg/t直接還原鐵。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

32、(1)本發(fā)明提供的直接還原鐵的制備方法，根據(jù)氫氣和一氧化碳的比例準(zhǔn)確調(diào)節(jié)還原反應(yīng)溫度，可以在保證金屬化率的同時(shí)，顯著降低能耗。

33、(2)本發(fā)明提供的直接還原鐵的制備方法，采用生物質(zhì)原料經(jīng)氣化后產(chǎn)生的高溫高壓富氫合成氣作為主要還原劑，與傳統(tǒng)的天然氣基還原工藝相比，顯著降低了對(duì)天然氣資源的依賴，減少二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)。本發(fā)明能在無(wú)天然氣供應(yīng)的條件下，仍然實(shí)現(xiàn)高效的還原反應(yīng)，滿足了鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的需求。

34、(3)本發(fā)明提供的直接還原鐵的制備方法，采用生物質(zhì)原料經(jīng)氣化后產(chǎn)生的高溫高壓富氫合成氣作為主要還原劑，其零排放，成本低，并且所得高溫高壓富氫合成氣的溫度和壓力高、溫度分布均勻性好，可以提高對(duì)低品位鐵礦石的還原效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)中低品位鐵礦的氫基直接還原，還能夠降低能耗和成本，并提高產(chǎn)量。高溫高壓富氫合成氣是在沒(méi)有廉價(jià)氫氣階段最有效的替代原料。

35、(4)本發(fā)明提供的直接還原鐵的制備方法，利用生物質(zhì)原料制得高溫高壓富氫合成氣，不必使用有碳排放的天然氣以及昂貴的綠色氫氣，未對(duì)高溫高壓富氫合成氣進(jìn)行處理而是直接通入氫基豎爐中，能夠提高能源利用效率。