《【2017年整理】-=-煤制气生产直接还原铁联合工艺的方案研究(4投稿版)修改说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】-=-煤制气生产直接还原铁联合工艺的方案研究(4投稿版)修改说明（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1稿件修改说明：（1）根据修改要求，对篇幅进行了缩减。在保证文章完整性的前提下，文章正文由 9 页缩减到 8 页；（2）对摘要做了适当补充,使之更加完整。（3）对一些行文用词做了修改，使之更加通顺。具体修改见后文。煤制气生产直接还原铁联合工艺方案的研究周渝生 1，钱晖 2，齐渊洪 1，刘冬梅 3，冯华堂 3，张友平 2（1. 钢铁研究总院，北京，100081；2.宝钢研究院炼铁与资源环境研究所，上海，201900；3. 宝钢工程技术有限公司，上海，201900）摘要：本文在分析比较了几种主要煤制气和直接还原工艺的基础上，结合中国的资源特点，提出了 180 万吨/年规模壳牌煤气化与 HYL/En
2、ergiron 竖炉生产直接还原铁的联合工艺流程，并描述对了联合工艺的主要参数进行了计算，结果表明联合流程在能耗及环保指标上与传统高炉相比具有一定先进性。文章还和对国内不同地区和原料条件下的联合流程的生产技术经济指标进行了对比，为煤制气生产直接还原铁的工程化提供方案参考。关键词：煤制气，直接还原，竖炉中国图书分类号：TF554Study on the Scheme of Direct Reduction Iron Production Combined with Coal GasificationZhou Yushen1, Qian Hui2, Qi Yuanhong1, Liu Dongme
3、i4, Feng Huatang3, Zhang Youping2（1.Center Iron & Steel Research Institute, Beijing, 100081, China; 2. Baosteel Research Institute, Department of Iron-making & Sustainability, Shanghai, 201900, China; 3. Baosteel Engineering & Technology CO. LTD, Shanghai, 201900, China)Abstract: Based on the analys
4、is of technical features of several coal gasification and direct reduction processes, a 1.8Mt/a combined process of Shell coal gasification and HYL/Energiron direct reduction shaft has been proposed with consideration of natural resources availability in China. The parameters, technical and economic
5、 index of new process have been described as welcalculated. It shows that the energy consumption and emission of the new combined process is better than blast furnace. The economic performance of new process has been compared also under different raw material conditions in various region.l. This art
6、icle provided a scheme for the engineering of direct reduction which using coal gas as reducing agent. Key words: coal gasification, direct reduction, shaft furnace1 前言中国钢铁产量虽已连续多年位居世界第一，但与发达国家相比钢铁工业的技术水平还存多方面的差距，比如能源消耗指标高、污染排放大，高附加值产品少等等，这与我国钢铁行业结构不尽合理有一定关系。是在我国，因高炉炼铁加转炉炼钢的长流程比例过高，电炉炼钢的短流程比例过低,铁钢比过
7、高。发展电炉炼钢需要大量的废钢资源，在废钢资源不足的情况下可以选择以和直接还原铁（DRI）代替废钢，因此在我国发展直接还原符合钢铁行业结构调整的自身需求。然而以天然气为气源的直接还原工艺显然不符合中国的国情，通过煤气化获得气源自然成为许多中国钢铁企业优先考虑的方案。2 发展直接还原技术的资源条件能源是一切工业发展的动力。尽管新能源技术发展方兴未艾，但目前全球一次能源消费总量中化石能源仍占 86% 。对于钢铁行业而言，化石能源不仅提供动力，往往还是主要的生产原料。因此，大规模生产 DRI 应当从本国的能源条件出发以保证能源和原料的持续、稳定供给。中国的能源结构特点是一次能源以煤炭为主（见表 1）
8、 ，无论从探明储量还是储产比来看，煤炭都是中国发展直接还原技术的资源基础。表 1 中国的石油、天然气和煤炭储量 1Table 1 Proved reserves of oil,natural gas and coal in China石油 天然气 煤2010 年探明储量 148 亿桶 2.8 万亿立方米1145 亿吨占全球总量比例 1.1% 1.5% 13.3%储产比 9.9 年 29 年 35 年3从近 20 年的价格走势来看，国际上主要化石能源总体都在上涨（见图 1） ，特别是2000 年以后上涨速度明显加快。与 1990 年相比，2010 年的原油价格上涨了 2.8 倍，天然气价格上涨了
9、 2 倍，炼焦煤价格上涨了 1.6 倍，动力煤价格上涨了 1.1 倍。20 年间，最高价与最低价之比原油为 7.7，天然气为 3.9，炼焦煤为 4.5，动力煤为 3.6。通过价格上涨和波动幅度的对比可以发现，以动力煤作为直接还原的原料在成本上的优势越来越明显。19019520205201024068012014601820原油，炼焦煤和动力煤价格 年 份 炼 焦 煤 ， 美 元 /吨动 力 煤 ， 美 元 吨原 油 ， 美 元 桶 0510520530540 天 然 气 ， 美 元 /Btu 天然气价格图 1 主要能源价格走势（19902010） 1Figure 1 Price change
10、of fossil fuel（19902010）3 煤气化工艺的比较和选择煤气化是煤基多联产、整体煤气化联合循环发电（IGCC）及煤液化等工艺过程的共性技术和关键技术。虽然过去 20 年间煤气化技术在中国取得极大发展，几乎世界上所有类型的煤气化技术的生产装置都能在中国找到。但很难说现在还没有哪一种煤气化技术可以占有绝对优势，每种煤气化技术都有各自的优点和局限性，适合于不同所有的工厂条件、下游工艺及原料要求。煤气化方法种类较多，本文对从三种有代表性、已经过大规模商业运行验证的气化工艺的主要特点进行比例，从中选取一种为直接还原工艺提供气源，这三种气化工艺的技术指标见表 2。Table 2 Comp
11、arison of three kinds of coal gasification processes表 2 三种煤气化工艺比较项 目 壳牌气化工艺 德士古气化工艺 鲁奇气化工艺气化炉床型 气流床 气流床 固定床适用煤种 褐煤、烟煤、无烟煤 烟煤、无烟煤 褐煤、烟煤气化压力，MPa 2.04.0 4.06.5 2.03.0气化温度， 14001600 13001500 9501050气化剂 纯氧+蒸汽 纯氧 氧+蒸汽进料方式 干煤粉 60%水煤浆 250mm 块煤 排渣方式 液态排渣 液态排渣 固态排渣热回收方式 废锅 激冷或废锅 激冷单炉最大投煤量，t/d 3000 2000 1920耗氧
12、量，Nm 3/kNm3(CO+H2) 330360 380430 140240碳转化率，% 99 98 96冷煤气效率，% 8085 7076 6575煤气中 CO+H2 ，% 90 80 65煤气中 CH4 ，% 0.01 0.01 912对环境影响 较低 较低 废水含焦油、酚需处理鲁奇炉的特点在于合成气中 CH4含量较高，这一点对于生产 DRI 尤其有利。不利之处在于鲁奇炉要求使用 250mm 块煤，原料适应性较差。另外，由于废水中含有焦油、苯、酚等有机物，净化系统较复杂。德士古炉技术上的特优点是将煤粉制成水煤浆后可以实现高压泵送，所以气化炉的压力可以比干煤粉气化更高。当下游工艺需要高压合
13、成气时，如合成气制甲醇，德士古炉出来的煤气可以节省煤气再压缩的能量消耗，甚至可能不需要压缩就直接供下游工艺使用。但是对于生产 DRI 来说，因为竖炉的压力都在 1.0MPa 以下，太高的煤气压力反而是浪费。另外，德士古炉的不足之处是每年要更换一次耐火砖内衬，每次更换需停炉约一个月，所以通常都需要有备用炉。德士古炉在中国已有近二十年的应用，系统的国产化率高，因此在投资和生产维护上比其它引进技术有优势。壳牌煤气化工艺是最新一代的气化技术，在碳转化率、冷煤气效率、有效气（CO+H 2）含量、环保排放等方面指标都很先进。从 2000 年开始，国内先后引进的壳牌煤气化炉共有23 台。近几年壳牌煤气化工艺
14、在工艺完善和操作改进方面取得了比较大的突破，单台日气化煤量可达到 3000t，单台年累计运行时间已经达到 330 天 2。由于技术和气化炉要从国外引进，加之采用昂贵的废热锅炉回收煤气显热，壳牌煤气化工艺在投资上要远远高于德士古,这一点对 DRI 的生产成本非常不利。基于大型化生产技术的先进性和可靠性，本文倾向于选择目前具有相对竞争优势的壳牌干煤粉纯氧加压气流床煤气化工艺构建煤制气生产 DRI 联合流程。4 直接还原工艺的比较和选择52010 年全球 DRI 产量首次突破 7000 万吨，其中以 Midrex 和 HYL/Energiron 为代表的气基竖炉法生产的 DRI 所占比例超过 73%
15、3。与其它炼铁工艺相比，气基竖炉法的显著优点是单套设备产量大、能耗低、排放低（见表 3） ，所以始终占据着直接还原技术的主流。表 3 主要炼铁工艺的设计能力和能耗比较Table 3 Comparison of capacity and energy consumption of different ironmaking processes工 艺 名 称 还 原 剂 反 应 器类 型 能 耗GJ/t 产 品 单 炉 产 能万 t/a 产 品 形 态MIDREX 天 然 气 竖 炉 10 180 TFe90% DRIHYL/Energiron 天 然 气 竖 炉 10 190 TFe90% DRI
16、转 底 炉 处 理 钢 铁 厂 尘 泥 煤 /天 然 气 转 底 炉 12 14-40 TFe 65% DRI流 化 床 FINMET 天 然 气 流 化 床 13 150 TFe 91% HBI转 底 炉 生 产 粒 铁 ITMK3 煤 /天 然 气 转 底 炉 15 14-30 TFe 93%粒 铁高 炉 炼 铁 流 程 焦 炭 /煤 粉 高 炉 16 400 TFe 93%热 铁 水COREX 熔 融 还 原 块 煤 /焦 炭 预 还 原 炉 -熔 化 气 化 炉 16.5 120 TFe 93%热 铁 水SL/RN 回 转 窑 煤 回 转 窑 20 15 TFe 90% DRI隧 道 窑 煤 隧 道 窑 25-30 1-4 TFe 80% DRIMIDREX 和 HYL/Energyiron 最初都是以天然气重整获得还原气体。由于选择了不同的天然气重整路线，两种工艺进入竖炉的还原气体成分有较大差别。MIDREX 采用天然气与富含 CO2的竖炉炉顶气重整，重
