專利名稱：一種利用生物油制取直接還原鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用氣基法制直接還原鐵的方法，具體涉及用生物油和鐵礦石粉末為原 料制取直接還原鐵的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，鋼鐵生產(chǎn)的主要冶煉方法包括兩種高爐煉鐵技術(shù)和使用天然氣或煤的直接 還原鐵技術(shù)，其中高爐煉鐵是目前鋼鐵生產(chǎn)中主要技術(shù)方法，大約占鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)量的 90%，它使用優(yōu)質(zhì)鐵礦石、焦炭及造渣用溶劑為原料，煉鐵工藝由焦化、燒結(jié)、高爐工
序組成，所消耗的能源占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的30%以上。并且傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)是嚴(yán)重的污 染源。另一種方法是使用天然氣的直接還原鐵技術(shù)，大約占鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)量的10%，該技 術(shù)先將天然氣高溫轉(zhuǎn)換為還原氣體(H2+CO)，再利用還原氣體將鐵礦石原料還原成直接 還原鐵，最后利用電爐冶煉法將直接還原鐵生產(chǎn)為高品質(zhì)的鋼產(chǎn)品。
直接還原鐵又稱海綿鐵，主要用作電爐法煉制優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼的原料，也可用于直 接生產(chǎn)電工純鐵、鐵氧體及工業(yè)鐵料。自從1968年利用天然氣的MIDREX法研發(fā)成功， 直接還原鐵才得到迅速發(fā)展，自1975年以來采用直接還原法的短流程鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量，以 平均每年12.3%的速度增長(zhǎng)。根據(jù)美國(guó)米德雷克斯公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2007年世界直接還 原鐵產(chǎn)量同比增12.4%，達(dá)到6，722萬噸。直接還原鐵迅速發(fā)展客觀原因包括(l)世界多數(shù) 國(guó)家嚴(yán)重缺乏焦煤，但是其中不少國(guó)家有優(yōu)質(zhì)豐富的鐵礦以及天然氣資源，能夠因地置 宜地借助本國(guó)資源發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)；(2)隨著電爐流程生產(chǎn)線的發(fā)展，電爐鋼產(chǎn)量日 益增長(zhǎng)，近年來世界制鋼生產(chǎn)中連鑄比迅速增長(zhǎng)，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廢鋼減少，包 括中國(guó)在內(nèi)的發(fā)展中國(guó)家由于廢鋼量不足，勢(shì)必發(fā)展直接還原鐵；發(fā)達(dá)國(guó)家涂層鋼用量 日增，使拆除返回中有害雜質(zhì)急增，必須采用摻入30% 50%的直接還原鐵來稀釋；(3) 近十年來鋼鐵工業(yè)受到高分子材料及硅酸鹽材料的競(jìng)爭(zhēng)，以質(zhì)量、性能及多品種為特色 的小型特殊鋼廠的快速發(fā)展促進(jìn)了直接還原鐵需求。
目前現(xiàn)有的生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)分氣基法和煤基法兩類。按主體設(shè)備可分為豎爐 法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法、反應(yīng)罐法、罐式爐法和流化床法等。目前,世界上90%以上的 直接還原鐵是用以天然氣為原料的氣基法生產(chǎn)出來的，但是其生產(chǎn)量受到天然氣供應(yīng)、
3價(jià)格和區(qū)域的限制。用煤作還原劑在技術(shù)上也相對(duì)成熟，但要求原材料條件高以及某些 很難克服的技術(shù)缺陷等限制，致使直接還原鐵生產(chǎn)在全世界沒有得到迅速發(fā)展。目前已 投產(chǎn)的煤基直接還原煉鐵廠生產(chǎn)規(guī)模都不大，且大部分都是處理含鐵廢料的。
可見，目前現(xiàn)有的生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)主要存在兩個(gè)問題(l)現(xiàn)有技術(shù)中使氧化 鐵還原為金屬鐵的原料和燃料是焦炭或者天然氣，這類原料是不可再生的化石原料，容
易受到供應(yīng)、價(jià)格和區(qū)域的限制，同時(shí)存在如何減少有害氣體(CO、 NOx、 S02)和溫室
效應(yīng)氣體(C02)排放問題；(2)在直接還原鐵技術(shù)中需要較高氫碳比的富氫合成氣作為還
原氣體，但無論是煤氣汽化或是天然氣重整得到的合成氣，其中co均占有很大比例。
要得到含H290。/。以上純度的還原氣，必須再進(jìn)行CO的水蒸氣變換，并且還須將由CO變
換得到的C02吸收去除，故能量投入高。
生物油是由生物質(zhì)的快速熟裂解反應(yīng)得到的包含C/H/0有機(jī)液體混合物，生物質(zhì)是 指有機(jī)物中所有來源于動(dòng)、植物能的再生的物質(zhì)，主要包括農(nóng)作物秸稈、農(nóng)林產(chǎn)品加工 殘余廢棄物、速生林、薪炭林、藻類、牲畜糞便、生活垃圾和有機(jī)工業(yè)廢水等。世界上 每年生物質(zhì)產(chǎn)量約1460億噸。我國(guó)生物質(zhì)資源也十分豐富，每年僅農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品 谷殼等就有10億多噸，許多地區(qū)就地焚燒秸稈，不僅浪費(fèi)能源，而且還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境 污染。因此發(fā)揮生物質(zhì)資源的潛力，對(duì)國(guó)家資源優(yōu)化有著重要的意義。
液體生物油具有易收集、易存儲(chǔ)和易運(yùn)輸方面的優(yōu)勢(shì)；與生物質(zhì)直接氣化相比，生 物油通過水蒸汽催化重整易獲得較高氫碳比的富氫合成氣?，F(xiàn)有技術(shù)中，生物油技術(shù)已 經(jīng)得到初步應(yīng)用。例如，ZL 200710134707.1中報(bào)道了以生物油為原料通過電催化水蒸汽 重整方法制備氫氣的方法，得到含氫濃度大于90voP/。的氫氣。生物油也可以直接燃燒用 于發(fā)電和供熱(Michael Str6kers, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2—14)。此外生物油經(jīng)過 催化裂解或催化加氫后，燃料品質(zhì)得以提高，精煉后的生物油可按一定比例與普通柴油 混合，用作柴油機(jī)的燃料(S. Cze證ik, A. V. Bridgwater, Energy & Fuels 2004, 18, 590-598)。盡管目前成本較高，但是生物油已在引擎、渦輪等動(dòng)力燃料實(shí)驗(yàn)方面獲得成 功；2007年《能源與燃料》第21期"生物油的性質(zhì)以及在費(fèi)托合成中的應(yīng)用"(Zhaoxiang Wang et al., Energy & Fuels 2007, 21, 2421-2432)中詳細(xì)報(bào)道了使用生物油重整合成氣作 為原料，用于費(fèi)托反應(yīng)合成烴類化合物的研究成果。但總的來說，目前有關(guān)生物油的應(yīng) 用尚處于研發(fā)階段。迄今為止，未發(fā)現(xiàn)有將生物油運(yùn)用于還原鐵技術(shù)方面的報(bào)道。因此，探索利用資源 豐富、環(huán)境友好、可再生的生物油為原料制直接還原鐵技術(shù)是非常有意義的。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種以生物油和鐵礦石粉末為原 料制備直接還原鐵的方法，從而降低能量投入，有利于環(huán)境保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所述的利用生物油和鐵礦石粉末為原料制備直接還原鐵的方法，首先將生物 油和水蒸汽送入填充有重整催化劑的電催化水蒸汽重整反應(yīng)器中，二者混合、加熱后快
速進(jìn)行電催化水蒸汽重整反應(yīng)和水煤氣變換反應(yīng)，將生物油中的含碳-氫-氧有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化 為主要成分為氫氣和二氧化碳的混合氣；其特征在于，然后(l)將反應(yīng)后的混合氣體經(jīng)過 冷凝器、C02化學(xué)吸收器、干燥器在內(nèi)的尾氣提純收集系統(tǒng)獲得含氫濃度為90voP/。以上 的還原氣體；(2)將還原氣體預(yù)加熱至100-20(TC; (3)將預(yù)加熱后的還原氣體送入到填充 有鐵礦石粉末的還原反應(yīng)器中，同時(shí)啟動(dòng)該還原反應(yīng)器的自加熱系統(tǒng)，控制還原反應(yīng)器 內(nèi)溫度在65(TC-90(TC內(nèi)并保溫l-2小時(shí)，使還原氣體與鐵礦石中的氧化鐵發(fā)生氧化還原 反應(yīng)得到直接還原鐵，其中，所述還原氣體的輸入流量為100-200ml/min，鐵礦石粉末的 粒徑為0.1mm-lmm，最好是0.1-0.2mm。
在制備過程中，所述還原氣體與鐵礦石中氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到直接還原鐵 的主要化學(xué)反應(yīng)是Fe"y+yH2 — xFe+yH20 ， FexOy+yCO 4 xFe+yC02 。
本發(fā)明所述的生物油原料是由各種可再生的生物質(zhì)(如稻殼、秸稈、木屑等)在無氧 和中溫條件下進(jìn)行快速熱裂解產(chǎn)生的含碳?xì)溲跤袡C(jī)化合物，即生物質(zhì)裂解油。
本發(fā)明所述的鐵礦石粉末是由各種含氧化鐵的赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦中的一種或 者混合型鐵礦粉末。
本發(fā)明提供的制取直接還原鐵的方法，使用的還原氣體以存量豐富、環(huán)境友好、可 再生的生物油為原料，實(shí)現(xiàn)了資源-環(huán)境一體化的可持續(xù)性的循環(huán)利用，不僅有利于環(huán) 境保護(hù)，相比傳統(tǒng)方法中使用煉焦煤和天然氣等不可再生的化石資源作為原材料，還具 有價(jià)格低廉、能量利用率高的優(yōu)點(diǎn)。在生物油制取的還原氣體中CO含量低，無需再進(jìn) 行CO變換，整個(gè)工藝過程易操作、金屬化率高。所述的生物油是由生物質(zhì)的快速熱裂
5解反應(yīng)得到的包含C/H/0有機(jī)液體混合物，所含的碳來自于大氣中的二氧化碳，燃燒使 用后又以二氧化碳的形式返回到大氣，實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放；所排放的有害氣體(如S02) 僅僅相當(dāng)于使用化石原料的1/10左右，有利于環(huán)境保護(hù)。
根據(jù)測(cè)算，利用本發(fā)明制直接還原鐵的成本大約為1180元/噸，目前煤基直接還原 鐵國(guó)際價(jià)格318美元/噸，人民幣大約為2200元/噸；而氣基直接還原鐵價(jià)格381美元/噸， 人民幣大約為2671元/噸；替代產(chǎn)品如廢鋼價(jià)格為390-395美元/噸，人民幣大約為2730元 /噸廢鋼。與使用天然氣和優(yōu)質(zhì)煤制直接還原鐵相比，由于本發(fā)明使用的生物油原材料價(jià) 格較低以及能量利用率高，因此可以節(jié)約成本大約25-30%,具有較大的綜合利用潛力。


圖l是以木屑快速裂解得到的生物油和赤鐵礦粉末為原料制得的直接還原鐵的 XRD分析譜圖。
圖2是以稻殼快速裂解得到的生物油和褐鐵礦粉末為原料制得的直接還原鐵的 XRD分析譜圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 實(shí)施例1
本實(shí)施例考察以由木屑快速裂解得到的生物油和赤鐵礦粉末為原料利用本發(fā)明的 方法制直接還原鐵效果。
使用現(xiàn)有技術(shù)(ZL200710134707.1)中的電催化水蒸汽重整生物油制氫反應(yīng)器作為 由生物油制備的反應(yīng)裝置。由生物油制備還原合成氣的方法首先將常規(guī)的商用Ni系催 化劑在50(TC下氫氣氣氛中還原一小時(shí)后填充在內(nèi)置電爐絲周圍并與電爐絲表面均勻接 觸，催化劑用量由每小時(shí)生物油進(jìn)料量決定，本實(shí)施例中催化劑用量為5.5g，然后接通 預(yù)熱區(qū)電加熱帶電源，使預(yù)熱區(qū)的溫度在180-20(TC;接通用于內(nèi)加熱的Ni-Cr電爐絲的 電源，使通入Ni-Cr電爐絲的電流固定在3.0A，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器外加熱爐的功率，使重 整反應(yīng)器內(nèi)腔中的溫度在500-55(TC范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。最后開啟生物油原料儲(chǔ)存罐出口管上 的液體進(jìn)樣泵以及水蒸汽發(fā)生器的閥門，調(diào)節(jié)生物油和水蒸汽的流量，經(jīng)預(yù)熱后的生物油蒸汽和水蒸汽的混合氣體，在重整反應(yīng)器內(nèi)腔中發(fā)生生物油裂解反應(yīng)、生物油電催化 水蒸汽重整反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)，得到主要成分是氫氣和二氧化碳的混合氣體再進(jìn)行尾氣 提純后處理。在本實(shí)施例中，所用原料為由木屑快速裂解得到的生物油，當(dāng)重整反應(yīng)溫 度在550。C、電流為3A、水蒸氣流量為50g/h、生物油流量為18g/h,對(duì)應(yīng)的摩爾比是7時(shí)， 氫氣產(chǎn)率和生物油轉(zhuǎn)化率分別為96.8%和97.1%，經(jīng)冷卻后混合氣體中包括氫氣 (70.5vol%)、 二氧化碳(25.1vo1。/。)、 一氧化碳(3.7vol。/。)和甲烷(0.1voiy。)，用常規(guī)化學(xué)吸收 法(20。/。NaOH溶液)消除混合氣中二氧化碳，獲得含氫92.6vol。/。和一氧化碳4.8vol。/。的高 品位還原合成氣。
采用固定床流動(dòng)反應(yīng)器作為鐵礦還原的反應(yīng)裝置它包括一個(gè)帶有保溫層的筒形固 定床反應(yīng)器，以及連接在兩端部的還原合成氣通入管道和反應(yīng)尾氣輸出管道。由生物油 還原氣體制備直接還原鐵的方法首先將鐵礦石粉碎為粒徑為0.1-0.2mm粉末后填充在 固定床流動(dòng)反應(yīng)器加熱區(qū)內(nèi)，鐵礦石添加量由還原反應(yīng)裝置加熱區(qū)尺寸決定，本實(shí)施例 中鐵礦石粉末用量為20g，將還原合成氣預(yù)熱到12(TC后通入到填充有鐵礦石粉末的固定 床流動(dòng)反應(yīng)器中，還原合成氣總流量為120ml/min;所述固定床流動(dòng)反應(yīng)器的操作壓力 為latm，同時(shí)利用外部加熱爐加熱固定床流動(dòng)反應(yīng)器，當(dāng)該反應(yīng)器內(nèi)腔中的溫度達(dá)到 650-850'C時(shí)保溫，使還原氣體與鐵礦石粉末中的氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到直接還 原鐵。為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，本實(shí)施例分別使反應(yīng)器內(nèi)腔中的溫度在65(TC、 75(TC、 850°C 時(shí)保溫lh后停止加熱，待冷卻后取出所得直接還原鐵產(chǎn)品并進(jìn)行分析比較。不同還原反 應(yīng)溫度的檢測(cè)結(jié)果見表2。本實(shí)施例中采用總鐵含量為54.69%赤鐵礦石粉末，該鐵礦石 原料中主要成分見表l。結(jié)果表明當(dāng)還原反應(yīng)溫度為850。C、還原反應(yīng)時(shí)間為lh時(shí)，直 接還原鐵產(chǎn)品中金屬化率達(dá)到94.7%。所述總鐵包括單質(zhì)Fe、 二價(jià)Fe和三價(jià)Fe，通?？?鐵含量用TFe(TotalFecontent)表示；所述金屬鐵即單質(zhì)Fe，通常金屬鐵含量用MFe(Metal Fecontent)表示，用MFe/TFe表示金屬化率。
為了進(jìn)一步分析鐵礦石原料和直接還原鐵產(chǎn)品的成分和結(jié)構(gòu)，在室溫下利用XRD (X-ray Diffraction)方法分別對(duì)上述實(shí)施例l中的原料和產(chǎn)品進(jìn)行晶相結(jié)構(gòu)分析，待測(cè)樣品 均研磨為200-300目粉末，XRD測(cè)量在PhilipsX'Pert PRO SUPER型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀上 進(jìn)行，輻射源為Cu-Ka， X=1.5418A，掃描角26=10°-90°，掃描步長(zhǎng)為0.017。，管電流IOO mA，量程2000(CPS)。檢測(cè)結(jié)果如圖l所示，圖中，I:赤鐵礦原料；II:直接還原鐵產(chǎn)品(還原條件650°C， lh); III:直接還原鐵產(chǎn)品(還原條件850°C ， lh)。由圖看出,
當(dāng)還原反應(yīng)溫度為85(TC、還原反應(yīng)時(shí)間為lh時(shí)，XRD分析證明赤鐵礦石原料中的氧化 鐵幾乎完全被還原為金屬鐵。
表1所用鐵礦石原料中主要成分及含量
TFeA1203MgOSi02CaOMnO
(wt%)(wt%)(wt%)(wt%)(wt%)(wt%)
赤鐵礦54.690.210.345.408.780.03
褐鐵礦51.763.910.0812.340.350.54
磁鐵礦53,690.140.443.9011.050.05
表2以木屑快速裂解得到的生物油和赤鐵礦粉末為原料制直接還原鐵效果 (表中數(shù)據(jù)均為三次實(shí)驗(yàn)的平均值)
序號(hào)還原溫度rC)還原時(shí)間(h) TFe(wt%) MFe(wt%) 金屬化率(％)
1850171.3967.6294.7
2750158.3829.6350.8
3650155.189.4617.1
實(shí)施例2:
本實(shí)施例主要考察以由稻殼快速裂解得到的生物油和褐鐵礦粉末為原料利用本發(fā) 明的方法制直接還原鐵效果。
在本實(shí)施例中，由生物油制還原合成氣的反應(yīng)裝置和鐵礦還原的反應(yīng)裝置及方法均 與實(shí)施例l相同，不同的是使用稻殼快速裂解得到的生物油和褐鐵礦粉末為原料制直接 還原鐵，當(dāng)生物油重整反應(yīng)溫度在548。C、電流為2.9A、水蒸氣流量為50g/h、生物油流 量為18g/h、水蒸氣和生物油對(duì)應(yīng)的摩爾比是7時(shí)，氫氣產(chǎn)率和生物油轉(zhuǎn)化率分別為93.5% 和95.1%,冷卻后混合氣體中包括氫氣(69.3vo1。/。)、 二氧化碳(24.8 vol%)、 一氧化碳(5.1
8vol。/。)和甲烷(0.2 vol%)，用常規(guī)化學(xué)吸收法(20。/。NaOH溶液)消除混合氣體中二氧化碳， 獲得含91.4voP/。氫和6.5vol。/。一氧化碳的高品位還原氣。本實(shí)施例中，釆用含鐵量為 51.76%的褐鐵礦石粉末(用量20g，粒徑0.1-0.2mm)和生物油重整還原氣(氫含量 91.4vol%， 一氧化碳含量6.5vol%，總流量150ml/min)時(shí)，將生物油重整還原氣預(yù)加 熱到18(TC后送入固定床流動(dòng)反應(yīng)器中，所述反應(yīng)器的操作壓力為latm，變化還原反應(yīng) 溫度的檢測(cè)結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明當(dāng)還原反應(yīng)溫度為85(TC、還原反應(yīng)時(shí)間為lh時(shí)， 直接還原鐵產(chǎn)品中金屬化率達(dá)到93.P/。。褐鐵礦原料以及直接還原鐵產(chǎn)品的XRD(XRD測(cè)
試儀器和條件均與實(shí)施例1中相同)檢測(cè)結(jié)果如圖2所示，其中，I:褐鐵礦原料；II: 直接還原鐵產(chǎn)品(還原條件650°C， lh); III:直接還原鐵產(chǎn)品(還原條件850°C，
lh)。當(dāng)還原反應(yīng)溫度為85(TC、還原反應(yīng)時(shí)間為lh時(shí)，褐鐵礦原料中的氧化鐵幾乎完全 被還原為金屬鐵。
表3以稻殼快速裂解得到的生物油和褐鐵礦粉末為原料制直接還原鐵效果 (表中數(shù)據(jù)均為三次實(shí)驗(yàn)的平均值)
序號(hào)還原溫度fC)還原時(shí)間(h) TFe(wt%)MFe(wt%) 金屬化率(％)
1850168.1363.4093.1
2750156.9538.0266.8
3650152.6512.1223.0
實(shí)施例3 :
本實(shí)施例主要考察以由木屑快速裂解得到的生物油和磁鐵礦粉末為原料利用本發(fā) 明的方法制直接還原鐵效果。
在本實(shí)施例中，由生物油制還原合成氣的反應(yīng)裝置和鐵礦還原的反應(yīng)裝置及方法均 與實(shí)施例l相同，當(dāng)生物油重整反應(yīng)溫度在555。C、電流為3.1A、水蒸氣流量為50g/h、生 物油流量為18g/h、水蒸氣和生物油對(duì)應(yīng)的摩爾比是7時(shí)，氫氣產(chǎn)率和生物油轉(zhuǎn)化率分別 為97.2%和98.9%，冷卻后混合氣體中包括氫氣(70.8 vol%)、 二氧化碳(25.5 vol%)、 一氧 化碳(3.5 vol。/。)和甲垸(0.1vo1。/。)，用常規(guī)化學(xué)吸收法(20。/。NaOH溶液)消除混合氣體中二
9氧化碳，獲得含93.1voP/。氫和4.5voP/。一氧化碳的高品位還原氣，還原合成氣的總流量為 180ml/min。本實(shí)施例中，采用含鐵量為53.69n/。的磁鐵礦石粉末粒徑為0.1-0.2mm和 0.8-1.0mm兩種；每組用量均為20g，將生物油重整還原氣預(yù)加熱到20(TC后送入固定床 流動(dòng)反應(yīng)器中，所述反應(yīng)器的操作壓力為latm，變化還原反應(yīng)溫度的檢測(cè)結(jié)果如表4。 表中，序號(hào)l、 2、 3中使用的磁鐵礦石粉末粒徑為0.1-0.2mm;序號(hào)4中使用的磁鐵礦石 粉末粒徑為0.8-1.0mm。結(jié)果表明當(dāng)還原反應(yīng)溫度為850 °C、還原反應(yīng)時(shí)間為lh，磁鐵 礦石粉末粒徑為0.1-0.2mm時(shí)，直接還原鐵產(chǎn)品金屬化率達(dá)到96.0%。當(dāng)磁鐵礦石粉末粒 徑為0.8-1.0mm時(shí)，還原反應(yīng)溫度為850。C、還原反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)，獲得的直接還原鐵產(chǎn) 品金屬化率為82.7%，其中總鐵(TFe)含量為65. 13%，金屬鐵(MFe)含量達(dá)到53. 86%。由 該表還可以看出，磁鐵礦石粉末粒徑的大小對(duì)直接還原鐵產(chǎn)品金屬化率有很大影響。在 其它技術(shù)條件相同的情形下，當(dāng)磁鐵礦石粉末粒徑為0.8-1.0mm時(shí)，即使延長(zhǎng)還原時(shí)間， 其金屬化率仍低于粒徑為0.1-0.2mm的情況。
表4以木屑快速裂解得到的生物油和磁鐵礦粉末為原料制直接還原鐵效果 (表中數(shù)據(jù)均為三次實(shí)驗(yàn)的平均值)
序號(hào)(粒徑)溫度(。C)還原時(shí)間(h) TFe(wt%) MFe(wt%) 金屬化率(％)
1(0.1陽0.2mm)850170.0567.2496.0
2(0.1-0.2mm)750161.4547.8277.8
3(0.1-0.2mm)650155.9419.8835.5
4(0.8-1 .O讓)850265. 1353.8682. 權(quán)利要求
1.一種利用生物油和鐵礦石粉末為原料制備直接還原鐵的方法，首先將生物油和水蒸汽送入填充有重整催化劑的電催化水蒸汽重整反應(yīng)器中，二者混合、加熱后快速進(jìn)行電催化水蒸汽重整反應(yīng)和水煤氣變換反應(yīng)，將生物油中的含碳-氫-氧有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為主要成分為氫氣和二氧化碳的混合氣；其特征在于，然后(1)將反應(yīng)后的混合氣經(jīng)過冷凝器、CO2化學(xué)吸收器、干燥器在內(nèi)的尾氣提純收集系統(tǒng)獲得含氫濃度為90vol％以上的還原氣體；(2)將還原氣體預(yù)加熱至100-200℃；(3)將預(yù)加熱后的還原氣體送入到填充有鐵礦石粉末的還原反應(yīng)器中，同時(shí)啟動(dòng)該還原反應(yīng)器的自加熱系統(tǒng)，控制還原反應(yīng)器內(nèi)溫度在650℃-900℃內(nèi)并保溫1-2h，使還原氣體與鐵礦石中的氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到直接還原鐵，其中，所述還原氣體的輸入流量為100-200ml/min，鐵礦石粉末的粒徑為0.1mm-1mm。
2. 如權(quán)利要求l所述的利用生物油和鐵礦石粉末為原料制備直接還原鐵的方法，其特征 在于，所述鐵礦石粉末的粒徑為0.1-0.2mm。
3. 如權(quán)利要求l所述的利用生物油和鐵礦石粉末為原料制備直接還原鐵的方法，其特征 在于，所述的生物油是由可再生的生物質(zhì)進(jìn)行快速熱裂解產(chǎn)生的含碳?xì)溲跤袡C(jī)化合 物的生物質(zhì)裂解油。
4. 如權(quán)利要求l所述的利用生物油和鐵礦石粉末為原料制備直接還原鐵的方法，其特征 在于，所述的鐵礦石粉末是由含氧化鐵的赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦中的一種或者混 合型鐵礦粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用氣基法制直接還原鐵的方法，具體涉及用生物油和鐵礦石粉末為原料制取直接還原鐵的技術(shù)。該方法先將生物油和水蒸汽送入水蒸汽重整反應(yīng)器中，將生物油中的含碳-氫-氧有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為主要成分為氫氣和二氧化碳的混合氣體，經(jīng)尾氣提純收集系統(tǒng)獲得含氫濃度為90vol％以上的還原氣體；然后將還原氣體預(yù)加熱至100-200℃后送入到置有鐵礦石粉末的還原反應(yīng)器中，啟動(dòng)其自加熱系統(tǒng)，控制還原反應(yīng)器內(nèi)溫度在650℃-900℃內(nèi)并保溫1-2h，使還原氣體與鐵礦石中氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到直接還原鐵。本發(fā)明的特點(diǎn)是不需要焦炭或者天然氣，使用可再生的生物油原料，具有環(huán)境友好、工藝簡(jiǎn)捷、能耗低、金屬化率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C21B13/00GK101538627SQ20091011642
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者鞏飛艷, 李全新, 袁麗霞, 鳥本善章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)