煤制气-竖炉生产直接还原铁浅析

以国内磁选铁精矿为原料制备的氧化球团综合性能良好,可作为竖炉直接还原用氧化球团。国内适合于煤气化的褐煤和低变质烟煤资源储量较大,占煤炭资源总量的50%以上,可以满足煤化工发展的需求。综合煤种需求、生产能力、煤气品质以及能耗指标,选取适宜的煤气化工艺,形成以煤制合成气为还原剂,以竖炉为反应器的煤制气-竖炉直接还原炼铁新工艺,是煤资源丰富而天然气匮乏的中国发展直接还原铁生产、实现低碳高效炼铁的有效途径。     

中国直接还原铁技术发展的现状及方向

分析了中国钢铁制造流程的特点,考察了直接还原技术在中国的发展现状,结合中国资源条件提出了直接  还原技术在中国的发展方向,设想了一个180万t/a规模壳牌煤气化与HYL/Energiron竖炉生产直接还原铁的联合工艺流程,描述了联合工艺的主要参数和技术经济指标,为煤制气生产直接还原铁的工程化提供方案参考。     

电炉炼钢原料及直接还原铁生产技术

中国电炉炼钢的铁源原料由废钢铁料、生铁块、热铁水、直接还原铁等组成。直接还原铁(DRI/HBI)是电炉冶炼纯净钢最佳的残留元素的稀释剂。直接还原是钢铁工业技术发展的重要方向,气基竖炉和煤基回转窑是成熟的直接还原工业化生产技术。中国直接还铁的生产仍处于起步时期,2008年产量约60万t,占世界总产量不足1.0%。直接还原铁在中国有广阔的发展前景,以国内铁矿资源为原料的氧化球团-煤制气-竖炉是中国发展直接还原铁的主要方向。     

竖炉生产直接还原铁过程的模型研究

根据气相和固相的质量和能量守恒方程,建立竖炉-球团(块矿)法直接还原炼铁的-维数学模型.含铁原料的还原分别采用逐级反应的单界面模型和同步反应的三界面未反应核模型,并考虑了热量损失,得到了各物质的浓度和温度的变化曲线.以美国吉尔摩厂(Gilmore)的Midrex作为对象进行模拟,模型结果与生产数据相符,验证了模型的准确性.比较模拟结果发现,同步反应的三界面未反应核模型更加准确.     

竖炉生产直接还原铁过程的数值模拟

采用基于气相和固相的质量和能量的竖炉-球团(块矿)法直接还原炼铁的一维数学模型.含铁原料的还原采用三界面未反应核模型,并考虑了热量损失,得到了各物质的组成和温度在炉内的分布.以Gilmore厂Midrex作为对象进行模拟,模型结果与生产数据相符,验证了模型的准确性.模拟结果表明:Midrex竖炉的绝大部分区域内气相和固相的温度基本保持在还原煤气的入口温度.对高度为9.75 m的Midrex竖炉,炉内绝大部分为浮氏体的还原,含铁原料运行约0.5 m即可完全变成磁铁矿,运行约2 m即可完全变成浮氏体.在竖炉7.0～9.75 m深度范围内,随着还原气的上行,H2的体积分数迅速减少,而CO的体积分数变化不大.在竖炉2.0～7.0 m深度范围内,H2和CO的体积分数缓慢降低,在竖炉0～2.0 m深度范围内,H2和CO的体积分数显著降低.     

直接还原铁生产概况及发展

介绍了近年国内外直接还原铁生产概况,分析了不同直接还原工艺的状况,认为Midrex是最主要的直接还原铁生产工艺,资源条件决定了煤基回转窑法仍将是我国直接还原铁生产的主要方法,但应重视气基竖炉还原工艺的开发研究工作.我国直接还原铁仍将有较大的市场需求.生产规模过小、工艺设备落后是限制我国直接还原生产发展主要原因.此外,应建立稳定畅通的原料供应渠道.     

直接还原铁生产技术的现状及展望

 分析了世界及中国直接还原铁的技术现状。直接还原工艺可以摆脱焦煤资源短缺的束缚,降低CO2排放,促进资源综合利用,且高品质的直接还原铁是生产洁净钢不可缺少的原材料,是钢铁工业发展不可缺少的组成部分。随着铁矿精选技术、煤制气技术的成熟,从及气基竖炉生产规模的不断增大,煤制气→竖炉将成为中国主要的直接还原生产工艺。高温高料层PSH工艺应当具有良好的应用前景。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区可适当发展,但不会成为直接还原铁生产的主流。     

直接还原铁生产技术的发展

阐述了世界直接还原铁生产技术的发展概况.着重介绍Midrex法和SL/RN直接还原法的工艺原理、对原料的要求和直接还原炉的生产水平。世界各国生产直接还原铁的实践已充分证明,直接还原铁生产工艺和操作已达到相当高的水平。我们应引进和借鉴国外生产直接还原铁的技术和设备.     

煤制气直接还原铁两段串联流程估算

为了降低直接还原铁能耗,根据试验数据研究了煤制气直接还原铁两段串联流程。串联流程中第一段竖炉用煤制气粗煤气余热和含碳球团冶炼直接还原铁,含碳球团以焦粉、半焦粉或无烟煤粉为还原剂,铁精矿、无机黏结剂混合后加压制作,电炉熔化直接还原、脱硫和生产水渣。串联流程中第二段竖炉以第一段净化后的炉顶煤气为第二段直接还原铁还原气,以氧化球团为原料。结果表明,煤制气直接还原铁两段串联流程估算能耗为394.8kg/t;与铁水比可比能耗为487.8kg/t,比高炉低41.2kg/t,生产过程中产生的污染物和温室气体排放低于高炉,接近天然气直接还原铁。     

我国直接还原铁生产的现状

近年来，我国直接还原铁的生产有了重大进展，建设中的、试运行的和已投产的共有７０多个直接学原铁生产线，直接还原铁的质量也逐步提高。到２０００年，我国直接不失生产能力预计将达到５０－６０万ｔ／年。     

八钢发展煤制气直接还原工艺的可行性探讨

介绍了近年国内外直接还原铁生产概况,分析了不同直接还原工艺的状况,指出了发展煤制气直接还原铁(DRI)技术的可行性,并评述了其最新发展趋势,结合国内情况提出了一些建议。     

全氧熔融气化炉直接还原新工艺

介绍了全氧熔融气化炉直接还原新工艺的工艺流程及其特点,并对解决该工艺流程中几个关键技术问题所采取的措施及工艺方案的可行性,作了分析和说明。     

气基竖炉直接还原技术的发展现状与展望

 阐述了气基竖炉直接还原工艺的技术特点和发展现状,分析了在中国资源和能源条件下气基竖炉直接还原技术发展所面临的主要问题。基于气基竖炉直接还原工艺的特点,对该工艺的原料、还原气等进行了分析研究。指出非常规天然气资源的有效开采和加压煤制气工艺投资、运行成本的显著降低,将是未来气基竖炉直接还原技术发展的主要推动力,同时利用钢铁企业过剩的煤气资源和中国局部地区相对丰富的天然气资源生产直接还原铁,是今后中国气基竖炉直接还原技术发展的重要方向。参照唐山地区的原料和能源价格,对年产量为80万t/a的直接还原铁装置的生产成本和技术经济可行性进行了分析,分析结果表明：原燃料价格波动对DRI成本影响显著,其中还原气成本约占DRI生产成本的10%~25%;若按DRI替代转炉废钢计算效益,要求天然气价格低于1.8元/m3。     

煤基直接还原竖炉中熔剂脱硫的热力学和动力学分析

在实验室模拟了煤基竖炉直接还原海绵铁的生产过程，并用化学反应热力学、动力学理论和先进的测试手段对熔剂（白云石、石灰石）脱硫进行研究。结果表明，ＭｇＣＯ３在炉内完全分解，但脱硫效果不明显。虽然ＣａＯ脱硫作用较强，但ＣａＣＯ３只有部分分解。因此，竖炉中加入熔剂后对矿石脱硫有一定影响；熔剂脱硫过程的化学反应和内扩散反应的相对阻力随着脱硫反应的进行而变化；减小熔剂粒径是提高熔剂脱硫能力的有效方法。     

铁精矿氧化球团微波加热直接还原新方法

传统加热直接还原具有热效率低、球团"冷中心"和废热废气量大等问题,造成还原时间长、能耗高和污染大。试验利用微波的选择加热、快速加热、体积加热和清洁干净等优点,以及铁矿球团和无烟煤强的吸波特性,开发了铁矿球团煤基微波竖炉直接还原这一新工艺。研究表明,铁矿球团外配煤粉在1 050℃的微波加热条件下还原焙烧65min,可以获得95.25%的金属化率,同时具有1718.88N/个的抗压强度。与常规加热相比,微波加热还原焙烧的时间可以缩短27.78%,抗压强度增加近1倍,而且还原过程产生的废热废气量很少。     

发展煤油铁大循环经济

分析了现阶段煤、油、铁循环经济的特点和状况,指出了用焦炉煤气生产甲醇存在的问题.为此,提出了一种新的煤、油、铁循环模式,即以非炼焦煤生产煤制气,用于制造甲醇,而将节省的大量焦炉煤气用于生产直接还原铁,既节省能源,又降低生产成本.     

含钒钛铁精矿氧化球团气基竖炉直接还原模拟试验

我国钒钛磁铁矿资源丰富,但综合利用难度大,现有工艺仍存在一些问题,工艺流程还有待完善和革新。气基竖炉直接还原-电炉熔分新工艺为钒钛磁铁矿资源清洁高效综合利用提供了新途径。以含钒钛的铁精矿为原料制备氧化球团,模拟气基竖炉直接还原条件,研究了还原气组分和温度对球团的还原进程、还原膨胀以及还原强度的影响。结果表明:以钒钛铁精矿为原料,配加1%膨润土,在1 250℃下焙烧20 min后,所制备氧化球团性能良好,具有较高的抗压强度。在恒定还原气组分(纯H2、H2/CO=2.5、H2/CO=1、H2/CO=0.4和纯CO)和温度(850、900、950和1 000℃)下,钒钛铁精矿球团还原速率快、还原膨胀率小(<20%),可满足气基竖炉直接还原工艺要求。煤制气-气基竖炉直接还原凭借其能耗小、环境友好、单机产能大、产品质量好等优点,将在钒钛磁铁矿资源高效清洁综合利用领域得到发展。     

直接还原铁生产工艺的选择

论述了直接还原铁生产工艺的发展,介绍了目前世界直接还原铁生产工艺的现状、特点.指出,钢铁联合企业的可持续发展需要直接还原铁,高炉、直接还原炉、焦炉联合流程是其生产直接还原铁的最佳工艺选择.