張華氣基直接還原論文

1關(guān)于在我國(guó)實(shí)施氣基直接還原煉鐵工藝若干問題的思考張華2015年9月2主要內(nèi)容一、優(yōu)質(zhì)礦源的問題二、關(guān)于氣基直接還原工藝還原氣來源的的問題三、氣基直接還原工藝在山西省的最新進(jìn)展3傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程中的CO2排放源分布

鋼鐵工業(yè)的分工序能耗

前言

作為能源、資源消耗大戶同時(shí)也是CO2（約占工業(yè)排放量的15～20％）排放大戶的鋼鐵工業(yè)，在能源約束和氣候變化的雙重壓力下，如何進(jìn)行工藝路線調(diào)整、走一條低碳之路備受關(guān)注。在以高爐—轉(zhuǎn)爐流程為主的傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程中，由于碳在高爐中的重要作用，使CO2的減排任務(wù)變得復(fù)雜而艱難。約占鋼鐵工業(yè)能耗70%,CO2排放90%以上的煉鐵系統(tǒng)的低碳冶煉技術(shù)的成功與否將決定鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳排放的成敗。因此，低碳煉鐵技術(shù)將是鋼鐵工業(yè)低碳排放的核心驅(qū)動(dòng)力，綜合分析各種煉鐵工藝，氣基直接還原煉鐵工藝是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳選擇。4一、優(yōu)質(zhì)礦源的問題1.我國(guó)具備發(fā)展直接還原鐵的鐵礦資源條件

缺乏高品位鐵礦資源是制約我國(guó)開展氣基直接還原煉鐵工藝生產(chǎn)的重要因素之一。近年來，我國(guó)選礦工作者對(duì)國(guó)內(nèi)鐵礦資源進(jìn)行了大量研究，研究結(jié)果表明：我國(guó)鐵礦資源中50%以上的粗顆粒單一磁鐵礦，通過國(guó)內(nèi)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的選礦技術(shù)可以獲得TFe＞69.5～70.5%，SiO2＜2.0%，滿足直接還原鐵生產(chǎn)要求的專用精礦粉。TFe％SiO2％CaO％MgO％AI2O3％P％693.50.20.250.100.02TFe％SiO2％CaO％MgO％AI2O3％P％67.42.540.270.230.560.02袁家村礦試驗(yàn)精礦粉化學(xué)成分表2太鋼尖山精礦粉化學(xué)成分表152.球團(tuán)工藝的進(jìn)步鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝在中國(guó)已經(jīng)非常成熟，一條系統(tǒng)年生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_(dá)到250萬噸以上，采用磁鐵礦或磁鐵礦配加部分赤鐵礦的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)生產(chǎn)完全可以滿足爐容4000m3以上大型高爐的需求，除品位之外，其質(zhì)量水平完全可以滿足氣基直接還原工藝的要求。表3為國(guó)內(nèi)某特大型高爐使用球團(tuán)礦指標(biāo)）鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)球團(tuán)工藝6項(xiàng)目全鐵/%9~16mm/%-5mm/％TI(-1mm)/%抗壓強(qiáng)度/N·個(gè)球-1還原率/%膨脹指數(shù)/%質(zhì)量水平≥65≥85≤5≤42500≥70≤15國(guó)內(nèi)某特大型高爐使用球團(tuán)礦指標(biāo)7帶式球團(tuán)焙燒機(jī)的大型化京唐大型帶式球團(tuán)焙燒機(jī)的投用

首鋼京唐鋼鐵公司于2010年8月正式投產(chǎn)的400萬t／a球團(tuán)廠，其主體設(shè)備采用了1臺(tái)有效面積504m2的大型帶式焙燒機(jī)，生產(chǎn)含氧化鎂球團(tuán)，改善了低硅球團(tuán)的冶金行性能，滿足了5500m3特大型高爐的需求，MgO/siO2達(dá)到了0.5的水平，球團(tuán)礦質(zhì)量可以滿足氣基直接還原豎爐的要求。球團(tuán)礦的質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目全鐵/%9~16mm/%-5mm/％TI(-1mm)/%常溫耐壓強(qiáng)度/N·個(gè)球-1還原率/%膨脹指數(shù)/%質(zhì)量水平65≥85≤5≤42560≥70≤188山西榆次不銹鋼爐料有限公司不銹鋼帶式焙燒機(jī)的應(yīng)用

年產(chǎn)70萬噸鉻球團(tuán)礦的不銹鋼帶式焙燒機(jī)在山西榆次不銹鋼爐料有限公司的投用，為球團(tuán)礦的生產(chǎn)工藝另辟蹊徑，由于鉻礦的特殊性，其焙燒溫度高于普通的鐵礦球團(tuán)，因此其生產(chǎn)普通的球團(tuán)礦不存在技術(shù)上的難題。9

帶式焙燒機(jī)的投用為生產(chǎn)高質(zhì)量的球團(tuán)礦奠定了基礎(chǔ)，可以生產(chǎn)以磁鐵礦粉為主的球團(tuán)礦也可以滿足赤鐵礦粉，堿性球團(tuán)、鎂質(zhì)球團(tuán)等要求焙燒溫度高的球團(tuán)礦的生產(chǎn)，徹底解決了鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝焙燒溫度升高帶來的結(jié)圈問題，同時(shí)也解決了高品位、低硅球團(tuán)礦還原膨脹率高的問題，可以為氣基直接還原煉鐵工藝生產(chǎn)更高質(zhì)量的球團(tuán)礦。10二、關(guān)于氣基直接還原工藝還原氣來源的的問題1.天然氣

從世界范圍看，天然氣目前是氣基直接還原煉鐵工藝還原氣體的主要來源，天然氣資源主要集中在俄羅斯、伊朗、卡塔爾，分別占有27%、15%、13%,擁有全世界一半以上的天然氣儲(chǔ)量；目前，世界天然氣需求量又以每年3％的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020年后天然氣需求的年增長(zhǎng)速度為2％；天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的需求增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，到2030年天然氣的需求量所占比例將達(dá)到23％，取代煤而成為第二大一次能源。我國(guó)又是天然氣資源匱乏的國(guó)家；從對(duì)中國(guó)目前及未來天然氣的產(chǎn)量、消費(fèi)量的預(yù)測(cè)分析，使用天然氣作為氣基直接還原煉鐵工藝還原氣的主要來源，困難較多，成本較高，幾乎沒有可能性。年份

剩余可開采量產(chǎn)量消費(fèi)量進(jìn)口量20154.312001700~2000500~80020204.815002100~2500900~1000注:單位*105m32015年~2020年中國(guó)天然氣產(chǎn)量、消費(fèi)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)112.準(zhǔn)天然氣—煤層氣

西氣東輸是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一次難得的歷史機(jī)遇，根據(jù)“西氣東輸”工程的供氣能力和設(shè)計(jì)年限估算，需要1萬億m3的天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量作保證，但目前常規(guī)天然氣地質(zhì)探明儲(chǔ)量?jī)H7000億m3左右，需補(bǔ)充氣源，煤層氣雖為非常規(guī)天然氣，其成分95％以上是甲烷，完全可以與天然氣混輸、混用。同時(shí)“西氣東輸”管線經(jīng)過的地區(qū)也是煤層氣資源豐富的地區(qū)，塔北、鄂爾多斯盆地、沁水盆地、太行山東、豫西、徐淮和淮南等煤層氣富集帶，總資源量近14萬億m3，而且管線經(jīng)過的沁水大型煤層氣田，已經(jīng)獲得煤層氣探明儲(chǔ)量，而且已經(jīng)開始開發(fā)。但是，幾乎是同樣的理由煤層氣很難作為氣基直接還原煉鐵還原氣的主要來源。12部分地區(qū)煤層氣的儲(chǔ)量情況

地區(qū)/礦區(qū)儲(chǔ)量面積（KM2）探明的地質(zhì)儲(chǔ)量×108m3可開采量×108m3提交儲(chǔ)量單位沁水盆地南部164.2402.18218.38中聯(lián)公司沁水盆地南部182.2352.26176.13中石油鐵法礦區(qū)135.4977.3

鐵法煤業(yè)陽泉礦區(qū)94.04191.3475.06陽泉煤業(yè)合計(jì)575.931023.08469.57

133.傳統(tǒng)焦?fàn)t干餾氣（焦?fàn)t煤氣）

從焦?fàn)t干餾氣的成分（表7為典型的焦?fàn)t干餾氣成分）及目前制氣、煤氣脫硫技術(shù)的進(jìn)步來看，可以作為還原氣體的主要來源，獨(dú)立的焦化廠的焦?fàn)t煤氣可以作為還原氣體的主要來源，相對(duì)容易，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)則需要根據(jù)其燃?xì)獾目色@取性，在優(yōu)化調(diào)配其氣體的使用的掐提下，考慮氣基直接還原煉鐵工藝。氣體成分H2%CO%H2+COCO2%CH4%N2焦?fàn)t煤氣60.45.766.13254.5典型的焦?fàn)t煤氣成分144.低階煤干餾氣

開發(fā)直接還原鐵的重要原因之一是減少煉鐵對(duì)日益枯竭的焦煤資源的依賴，陜北、山西北部、內(nèi)蒙有大量的長(zhǎng)焰煤、氣煤、褐煤等低階煤，通過初步研究，這些煤種經(jīng)過隔絕空氣干餾完全可以生產(chǎn)與傳統(tǒng)焦?fàn)t煤氣成分一樣的還原性氣體，產(chǎn)生的半焦與焦油帶來的收入，基本可以抵消生產(chǎn)成本，氣體供給還原爐生產(chǎn)還原鐵，可以大大降低直接還原鐵的成本；因此，開發(fā)或完善低階煤部分制氣工藝是解決氣基直接還原工藝還原氣來源的主要途徑。氣體成分H2%CO%H2+COCO2%CH4%N2低階煤干餾氣5019695195

低階煤干餾的煤氣成分155.干餾氣（焦?fàn)t煤氣）的轉(zhuǎn)化技術(shù)（1）成熟的焦?fàn)t干餾氣制成甲醇合成氣技術(shù)

焦?fàn)t干餾氣合成甲醇的生產(chǎn)工藝在我國(guó)已有多條生產(chǎn)線，無論是采用非催化部分氧化法還是采用催化部分氧化法，其轉(zhuǎn)化氣的組分都可以滿足氣基直接還原工藝的要求。這說明焦?fàn)t氣的精制“除毒”技術(shù)（可以將總的硫含量處理到0.1ppm的水平，轉(zhuǎn)化過程不需要這么低的硫含量）、烴類轉(zhuǎn)化工藝已經(jīng)成熟。典型的焦?fàn)t干餾氣轉(zhuǎn)化氣成分氣體成分H2%CO%H2+COCO2%CH4%N2焦?fàn)t煤氣7016863.00.83.016（2）德國(guó)奧伯豪森1973年夏季采用普羅費(fèi)爾法工藝在天然氣斷供時(shí)利用干餾氣開始生產(chǎn)海綿鐵，分別在1975年3~10月、1976年5~11月利用干餾氣成功生產(chǎn)海綿鐵。（3）為了擴(kuò)大氣基豎爐生產(chǎn)直接還原的氣體資源，減少對(duì)天然氣的依賴，HYL-SA公司利用工業(yè)性，半工業(yè)性裝置，采用焦?fàn)t干餾氣生產(chǎn)直接還原鐵進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，經(jīng)一年的試驗(yàn)取得完全成功，為焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵提供翔實(shí)試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)保證，推動(dòng)全世界直接還原工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。（4）中國(guó)石油大學(xué)成功試驗(yàn)干餾氣生產(chǎn)海綿鐵。175.煤制氣

煤制氣技術(shù)在國(guó)內(nèi)進(jìn)步較快，魯奇法、兩段式、恩德爐制氣法在國(guó)內(nèi)化工及其他行業(yè)都已成功應(yīng)用，2014年7月份，印度已經(jīng)將魯奇法制氣成功應(yīng)用于直接還原鐵工藝，因此在中國(guó)煤制氣技術(shù)將是氣基直接還原工藝還原氣的主要來源。制氣方法H2%CO%CO2%CH4+CnHm%魯奇39242610兩段式286241BGL28549.10.6恩德爐4038192幾種不同煤制氣方法的氣體成分18三、氣基直接還原工藝在山西省的最新進(jìn)展1.山西中晉太行礦業(yè)有限公司通過引進(jìn)德國(guó)MME公司PERED氣基豎爐軟件包及利用與中國(guó)石油大學(xué)（北京）聯(lián)合開發(fā)的以焦?fàn)t煤氣為氣源的氣基豎爐直接還原鐵專利技術(shù)，與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院合作完成了設(shè)計(jì)及大部分的招標(biāo)任務(wù)，預(yù)計(jì)2016年年底投產(chǎn)。192.山西金通焦化集團(tuán)計(jì)劃與太原理工大成工程有限公司合作與引進(jìn)米德雷克思豎爐技術(shù)，計(jì)劃對(duì)其傳統(tǒng)的焦?fàn)t進(jìn)行改造，利用低階高硫煤生產(chǎn)符合米德雷克思豎爐要求的還原氣，（制氣部分已完成工業(yè)試驗(yàn)）建設(shè)年產(chǎn)180萬噸的海綿鐵生產(chǎn)基地；已經(jīng)過初步的論證。按照目前的礦價(jià)，其每噸海綿鐵的成本不到1300元/DRI?！叭摺钡碗A煤焦化副產(chǎn)氣化焦焦?fàn)t氣CO+H2