氢气气基竖炉-电炉短流程环境影响分析

氢冶金是中国钢铁行业实现低碳绿色化转型升级的有效途径之一,基于煤制氢技术的气基竖炉-电炉短流程是一种典型的氢冶金工艺,具有广阔的发展前景.采用生命周期评价法(LCA)对煤制氢-气基竖炉-电炉短流程环境影响进行了分析,并对比研究了短流程与传统高炉-转炉(BF-BOF)长流程的环境性能.结果表明,煤制氢-气基竖炉-电炉短流...     

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。     

气基竖炉直接还原炼铁流程重构优化

直接还原铁比较纯净、成分稳定,是电炉炼钢的优质原料。中国焦化行业产生大量焦炉煤气,适宜发展以焦炉煤气为还原气的竖炉直接还原炼铁流程,现有工艺主要有Midrex工艺和HYL-ZR工艺。为了解决Midrex工艺和HYL-ZR工艺所存在的问题,通过流程功能分析,提出气基竖炉直接还原重构优化流程,主要工序包括焦炉煤气压缩、TSA预处理、PSA脱碳、PSA提纯CH₄、富氢气加热、竖炉直接还原炼铁等。该流程不仅净化焦炉煤气,而且可分离CH₄,使还原气中H₂与CO的比例达到8,并省去CH₄重整环节,提高炉内直接还原效率。该流程前端与焦化工序连接,后端与电弧炉连接,不仅有利于钢铁联合企业资源优化配置,而且可以生产天然气,提高能源利用效率。     

气基竖炉直接还原数值模拟分析

针对气基竖炉直接还原过程无法直接观察还原反应运行程度的难点,基于三界面未反应核模型,在忽略模型球团内部温度及假设球团还原反应的热效应完全发生在固相的条件下,建立了气基竖炉直接还原模型,对铁氧化物价态转变进行了数值模拟和验证。结果表明,由于所建立的气固模型包含3个界面,随着铁氧化物的逐级还原,每个界面的反应半径最终趋于0,而还原反应速率随着竖炉深度的增加呈现出先升高后降低的趋势。球团在竖炉内下降到3 m深度时,出现半径为15 mm的FeO反应界面,此时球团还原率约为28%。随着球团继续在竖炉内下行约2 m到达5 m的深度时,Fe₃O₄的界面半径减小为0,此时铁氧化物完全转变成了浮氏体形态,球团还原率约为34%。通过改变不同的工艺参数进行模拟可以发现,还原球团金属化率和还原率随着气体温度的升高而增大。当气体温度以50℃、还原气体流量以5 040 m³/h梯度增大时,其对应的球团金属化率分别增大8%和4%左右。相比之下,球团金属化率受下料速度的影响远超过气体温度和还原气体流量,具体表现为,当下料速度增大0.02 t/h时,金属...     

基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

摘要：随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi73软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉（BF-BOF）长流程进行生命周期评价（LCA）,对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10-11和9.31×10-11,短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO2、NOx以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。     

基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi7.3软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉(BF-BOF)长流程进行生命周期评价(LCA),对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10~(-11)和9.31×10~(-11),短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO_2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO_2、NO_x以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。     

钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原试验研究

针对钒钛磁铁矿的特点及利用难点,研究了钒钛磁铁矿气基还原过程及其影响因素,讨论了还原温度、还原时间、还原气氛和气体流量对钒钛磁铁矿还原率和金属化率的影响。试验结果表明,钒钛磁铁矿试样在还原温度为1 000℃,还原时间为2 h,还原气氛为21%CO+55%H2+24%N2,还原气体流量为13.26 L/min的条件下,可得到还原率为96.72%,金属化率为92.05%的良好结果。采用气基竖炉直接还原工艺流程,能够将钒钛磁铁矿中的铁氧化物还原为金属铁,实现铁的高效富集。     

气基竖炉直接还原技术的发展

介绍了Midrex和HyLⅢ气基竖炉技术以及在其基础上开发的可以不依赖天然气直接使用煤制气等作还原剂技术的发展与应用现状,并指出气基竖炉工艺具有能耗低、投资少、产品质量高等特点。     

煤气化气用于气基竖炉生产DRI技术的进展

介绍了煤气化气用于Midrex和HyL技术的发展和工业化应用现状。同时介绍了煤气化气技术的工业化现状及不同工艺的特点,对适用于Midrex和HyL工艺的煤气化技术进行了分析。Midrex与HYL技术都对煤气化气有一定要求,相比来说,HYL要求得更严格一些。Lurgi法制得的煤气化气经过脱CO2后可直接用于Midrex和HYL竖炉;用Texaco、Undok和Shell技术制得的煤气化气都需经过处理和转换才可用于Midrex和HYL竖炉。     

气基竖炉直接还原炼铁技术的发展

在分析国内外直接还原铁市场的基础上,探讨了气基竖炉直接还原炼铁技术发展的市场空间。在中国钢铁行业结构调整过程中,气基竖炉技术由于具有节能环保和产品优质的优势,将会成为我国非高炉炼铁发展最重要的方向。从原料、产品、工艺特性、机械设备等方面对MIDREX和Energiron 2种气基竖炉工艺进行了综合比较,探讨了其各自的优缺点。随着技术进步以及全球经济、资源、能源条件的变化,气基竖炉技术正朝着设备大型化、气源多样化、矿源扩大化的方向发展。     

气基竖炉直接还原球团技术的发展

论述了球团矿质量对气基竖炉直接还原生产和DRI质量的影响以及DRI质量对炼钢生产的影响.介绍了提高气基竖炉直接还原工艺用球团矿质量的技术,包括降低Si02含量、降低粘结趋势、提高还原性和提高大粒度(12.5～16.0 mm)球团比率等措施及其发展.指出若把低TFe、高脉石含量的高炉用球团矿直接用于气基直接还原竖炉,至少应该采用球团涂层技术;如果球团矿脉石含量较高,需要借助工业试验进行综合分析以确定其经济性.     

气基竖炉直接还原铁过程硫平衡分析

直接还原铁技术与传统的长流程高炉炼铁相比具备流程短、污染小、且不受炼焦煤短缺影响的优点,其中气基法的发展越来越受到重视,本文主要分析了气基竖炉直接还原铁过程中的硫平衡,为环境影响评价工作带来相应的指导,对该类项目的废气污染防治措施提供技术参考。     

气基竖炉工况焦炉煤气甲烷改质行为试验

 利用焦炉煤气+气基竖炉生产优质海绵铁,可延伸焦化行业产业链,同时可促进中国废钢/海绵铁—电炉短流程发展,改变钢铁行业能源、产品结构。针对典型焦炉煤气,通过基础性试验研究了在气基竖炉工况下,温度、H2O和CO2配比,高温海绵铁载体对焦炉煤气中甲烷改质行为的影响。研究结果表明,提高温度有利于焦炉煤气中甲烷的改质反应,1000℃时改质后有效还原气体体积分数最高可达80%;热态海绵铁对焦炉煤气改质有催化促进作用,可提高CO2参与改质反应比例至84.9%、H2O参与反应比例至100%;CO2配入体积分数2%～6%、H2O配入体积分数4%～10%为促进甲烷改质反应的适宜范围。     

甲烷部分氧化的热力学模拟研究

甲烷部分氧化制备合成气对于提高天然气的利用价值具有重要的意义。甲烷部分氧化反应是一个非常复杂的反应体系。反应涉及部分氧化（主反应）、燃烧、重整、水煤气变换、积炭等。使用Aspen Plus和HSC Chemistry软件对甲烷部分氧化制备合成气过程进行热力学模拟计算。考察了温度、压力和CH4/O2比对CH4转化率、氢和CO选择性的影响。同时对甲烷部分氧化反应热力学平衡产物组成和积炭副反应进行了热力学计算分析。研究结果表明,随反应温度的升高,压力的减小,CH4的转化率和CO与H2的选择性均呈上升趋势。反应温度在300℃时就有相当多的积炭生成,在550℃积炭量达到最大,随后又随温度上升,积炭量逐渐减少,在900℃以上无积炭产生。     

高磷鲕状赤铁矿气基竖炉直接还原试验

针对高磷鲕状赤铁矿无法高效利用的现状,采用XRD和SEM对高磷鲕状赤铁矿矿物的组成及矿相结构进行研究分析,提出采取气基直接还原工艺来处理此类矿石。系统研究与分析了还原温度、还原时间、还原气氛和还原气量等因素对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程中金属化率的影响规律。研究结果表明,在还原温度为1 100℃、还原时间为4 h、还原气体中φ(H_2)∶φ(CO)为1∶1、还原气体流量为2 600 m~3/h的条件下,金属化率可以达到92.10%。     

气基直接还原竖炉还原段参数设计方法

分析了气基直接还原竖炉还原段参数的影响因素,找到了各参数的研究方法;在模拟的气基直接还原竖炉还原氛围下进行了铁矿石的直接还原实验,研究了铁矿石的还原性和还原膨胀性;采用颗粒离散元仿真分析软件EDEM对颗粒炉料的传输过程进行仿真分析,研究了炉料的下降运动规律;结合实验数据和仿真结果,确定了竖炉还原段参数的表达式。研究结果表明:铁矿石在模拟条件下的必要还原时间约为3h,且还原膨胀率先增大后减小;竖炉中心炉料的下降速度大于边缘炉料的下降速度,且速度超前比受排料速度的影响较小;从上到下还原段内型曲线由3条拟合线段组成,对应的炉身角分别为:87.162°、88.949°以及90.652°。     

气基竖炉生产直接还原铁工艺的技术经济分析

介绍了焦炉煤气竖炉直接还原铁工艺,在分析气基竖炉生产直接还原铁技术的市场前景基础上,从成本、盈亏平衡、敏感性等方面对焦炉煤气竖炉直接还原铁工艺进行了技术经济分析,提出了降低生产成本的建议,即:廉价的原料气、能源介质,搞好综合利用,回收有用资源,选择合适的规模等。     

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。     

熔融还原竖炉-铁浴流程操作模型的应用

熔融还原竖炉——铁浴流程的操作模型可以用来计算煤在铁浴中气化、喷煤熔化废钢、竖炉预还原眨铁浴终还原过程的热平衡和物料平衡,模型计算结果与工业实验结果有较好的吻合。由此出发,对这一流程工艺参数的选择提出一些有益的建议。     

气基竖炉用含钒钛海滨砂矿球团直接还原试验研究

为了探索含钒钛海滨砂矿用于气基竖炉还原的可行性,以该砂矿为原料造球,在1 250℃焙烧20 min制得氧化球团的抗压强度为2 099 N/个,还原性指数77.8%,低温还原粉化指数(+3.15 mm)92%,还原膨胀指数7.5%,还原粘结性指数10.4%。氧化球团950℃还原180 min,H_2/CO为1.5时球团还原率89.4%,H_2/CO为6时球团还原率92%,100%H_2时球团还原率96%。氧化球团各项性能指标良好,能够满足气基竖炉工艺的要求。