中闪制氢炉制造技术

本实用新型专利技术提供了一种中闪制氢炉，包括熔炼空间、换热烟道及熔池；熔炼空间的顶部或侧壁上设有物料入口、氧气入口及氢气入口；换热烟道的外壁或内部设有冷介质流道，冷介质流道的出口端与氢气入口连接；熔池的侧壁上设有多个喷管，熔池的侧壁位于换热烟道的一侧设有熔体排放口和排渣口，熔体排放口设于所述排渣口的下方。本实用新型专利技术所述的中闪制氢炉可将冶金产生的余热最大限度的返回给中闪制氢炉，实现了余热高效率的利用，配合烟气净化处理系统可实现制氢和熔炼金属相伴的生产方式，使氢气和金属生产的成本相互覆盖，实现氢气和金属生产成本都低于各自在专业领域中的生产成本。成本都低于各自在专业领域中的生产成本。成本都低于各自在专业领域中的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
中闪制氢炉


[0001]本技术属于冶金
，尤其是涉及一种中闪制氢炉。

技术介绍

[0002]在现有的各种制氢方案中，天然气制氢是成本较低的一种。但是现有的各种天然气制氢工艺，都不可避免地会向外界排放二氧化碳，因而现有的天燃气制氢工艺生产出来的氢都是灰色的，还不能完全满足碳中和经济的最终要求，即实现二氧化碳的净零排放。
[0003]CH4的温室效应是等量CO2的28
‑
36倍。地壳浅层是天然甲烷储藏库，全球变暖导致甲烷释放，甲烷释放又会加速全球变暖。制止甲烷向大气中排放的最好办法就是以大规模生产的方式把甲烷用掉，而又不向外大量排放二氧化碳。
[0004]但目前工业上主流的以天然气或煤炭为原料大规模制取氢气的设备，都存在着氢气生产成本高、二氧化碳排放量大的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，为解决上述问题，本技术提出了一种可用于制氢和金属制品相伴生产，实现绿色制氢的中闪制氢炉，所述中闪制氢炉可将冶金产生的余热最大限度的返回给中闪制氢炉，实现了余热高效率的利用，配合烟气净化处理系统可实现制氢和熔炼金属相伴的生产方式，使氢气和金属生产的成本相互覆盖，实现氢气和金属生产成本都低于各自在专业领域中的生产成本。
[0006]为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种中闪制氢炉，包括熔炼空间、换热烟道及设于所述熔炼空间和所述换热烟道底部并将二者连通的熔池；所述熔炼空间的顶部或侧壁上设有物料入口、氧气入口及氢气入口；所述换热烟道的外壁或内部设有冷介质流道，所述冷介质流道的出口端与所述氢气入口连接；所述熔池的侧壁上设有多个喷管，所述熔池的侧壁位于换热烟道的一侧设有熔体排放口和排渣口，所述熔体排放口设于所述排渣口的下方。
[0008]换热烟道的作用类似于传统闪速冶金设备的上升烟道与高温换热设备的热介质流道的组合，即换热烟道同时作为上升烟道和热介质流道使用，热媒为中闪制氢炉内产生的高温烟气，与设于换热烟道的外壁或内部的冷介质流道构成具有高温换热设备相同换热作用的结构，冷介质流道中的冷媒可以是从中闪制氢炉外接的烟气净化系统返回的高浓度的氢气，此结构将冶金产生的余热最大限度地返回给中闪制氢炉，实现了余热高效率的利用。
[0009]熔炼空间是金属熔炼的场所，它的顶部或侧壁可以承接待冶炼的金属矿粉的加入、氧气的加入及氢气的加入。经换热烟道换热升温后的高温氢气，由冷介质流道进入氢气入口后，从熔炼空间的顶部或侧壁喷入，与同时喷入的矿粉和氧气混合，控制氧量可以控制空间的温度，以熔化矿粉。由于氢气是强还原剂，所以更适合于冶炼氧化矿。氢气燃烧和还原后的产物都是水，熔炼空间产生的烟气主要物质是水蒸气和剩余的氢气。
[0010]进一步的，所述冷介质流道设置于所述换热烟道的内部，所述冷介质流道的出口端所在位置低于所述冷介质流道的入口端所在位置。
[0011]进一步的，所述喷管呈上下两层的方式布置，上层为氧气喷管，下层为甲烷喷管。
[0012]进一步的，所述氧气喷管的喷头端倾斜向下的安装于所述熔池的侧壁上，即氧气喷管的进口端高于出口端，所述氧气喷管的喷头位于熔体液面以上。
[0013]进一步的，所述甲烷喷管的喷头位于熔体中的渣层下部，靠近铁水层的位置。
[0014]进一步的，所述氧气喷管的数量小于所述甲烷喷管数量的二分之一。
[0015]一种利用中闪制氢炉生产氢气的方法，包括如下步骤：
[0016]S1、从中闪制氢炉的熔炼空间的顶部将干燥金属氧化矿粉、氧气加入充满高温氢气的1300℃以上的熔炼空间，矿粉颗粒与氢气充分接触，快速发生还原反应，矿粉还原熔炼后的固液产物进入中闪制氢炉的熔池中，烟气进入熔池上部的通道，向换热烟道方向流动；
[0017]S2、向熔池内温度为1400℃
‑
1800℃的熔体中喷入甲烷，甲烷裂解为固碳和氢气；同时向熔池内喷入氧气，氧气与裂解产生的过量H2燃烧，为熔池补充热量，多余的H2上浮进入烟气中，向换热烟道方向流动，进入烟气处理系统；在熔池中同时加入熔剂，使矿粉中的脉石成分与熔剂造渣，在经过沉淀分层后，形成金属熔体层和渣层；甲烷裂解的固碳因密度原因上浮至渣层上部，固碳与熔渣一起通过排渣口排出，而金属熔体通过金属排放口排出。甲烷在1400℃以上的裂解形成的固碳产物一般是炭黑，但在条件合适时，也可能会形成碳纳米管或热解石墨等形态。
[0018]S3：烟气处理：换热烟道内的高温烟气主要成分为H2、H2O，高温烟气与冷介质流道中的冷介质热交换后降温，进入烟气处理系统，经除尘净化、脱水及脱碳后，将得到的常温高浓度氢气送入换热烟道上的冷介质流道中，在换热升温后，经氢气入口送入中闪制氢炉的熔炼空间内。
[0019]进一步的，所述S2中的氧气喷入速度为100米/秒，喷入的的角度为与水平面的夹角为40～90
°
。
[0020]进一步的，所述S2中的喷入的甲烷为天然气中的甲烷、焦煤煤气中的甲烷或市售的高纯甲烷气体。
[0021]进一步的，所述S2中的固碳与熔渣排出闪速冶金装置后，固碳漂浮在熔渣上，通过固液分离的方法实现固碳与熔渣的分离，并在隔绝空气条件下使固碳冷却，实现固碳的回收利用。
[0022]相对于现有技术，本技术所述的中闪制氢炉具有以下优势：
[0023](1)采用在中闪制氢炉换热烟道上设置冷介质流道的方式，将冶金产生的余热最大限度的返回给中闪制氢炉，实现了余热高效率的利用，配合烟气净化处理系统可实现制氢和熔炼金属相伴生产的方式，使氢气和金属生产的成本相互覆盖。
[0024](2)可以以较低的成本甚至零成本大规模生产氢气，解决了制氢成本高这个抑制氢能大规模利用的痛点问题，使绿色氢能在电池、电动汽车领域具备了竞争优势。
[0025](3)能把甲烷中的碳和氢元素以固碳及氢气的方式相分离，循环利用氢气热能和化学能并可回收固碳，使能源得到充分回收和利用，并大大降低了二氧化碳的排放。
附图说明
[0026]构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本技术实施例1所述的中闪制氢炉的制氢系统结构示意图；
[0028]图2为本技术实施例2所述的中闪制氢炉的制氢系统结构示意图；
[0029]图3为本技术实施例3所述的中闪制氢炉的制氢系统结构示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1‑
中闪制氢炉；11
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熔炼空间；12
‑
换热烟道；13
‑
熔池；14
‑
冷介质流道；15
‑
喷管；16
‑
料仓；17
‑
冷介质流道一；18
‑
冷介质流道二；
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中闪制氢炉，其特征在于：包括熔炼空间、换热烟道及设于所述熔炼空间和所述换热烟道底部并将二者连通的熔池；所述熔炼空间的顶部或侧壁上设有物料入口、氧气入口及氢气入口；所述换热烟道的外壁或内部设有冷介质流道，所述冷介质流道的出口端与所述氢气入口连接；所述熔池的侧壁上设有多个喷管，所述熔池的侧壁位于换热烟道的一侧设有熔体排放口和排渣口，所述熔体排放口设于所述排渣口的下方。2.根据权利要求1所述的中闪制氢炉，其特征在于：所述冷介质流道设置于所述换热烟道的内部，所述冷介质流道的出口端所在位置低于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱江波，夏明，黄小兵，施小芳，
申请(专利权)人：天津闪速炼铁技术有限公司，
类型：新型
国别省市：