中国非高炉炼铁技术发展的问题

2013-06-28   作者：佚名   网友评论 0 条

内容提要

1.2012年的钢铁产量及经营概况

2.节能减排的气基竖炉直接还原工艺是非高炉炼铁技术发展的主要方向

3.我国直接还原的发展面临的资源、能源问题

4.生产市场适销产品是煤基转底炉直接还原工艺技术创新研发的方向

5.大型煤制气工艺的经济性是目前我国直接还原新工艺成功的关键

6.结语

1 2012年的钢铁产量及经营概况

       国际钢铁协会的统计显示，2012年全球粗钢总产量为15.478亿吨，中国为全球最大的生铁生产国，2012年粗钢产量7.16亿吨，占全球钢产量的46.3%。目前中国已建成粗钢产能9.7亿吨，另有在建项目产能约2200万吨，钢铁过剩产能高达2亿多吨。

       2012年世界高炉生铁产量达到11亿吨，熔融还原炼铁生铁产量仅250万吨，其中中国的生铁产量为6.543亿吨,占世界的比重59%，同比增长了3.9%，但中国高炉生铁的产能已达7.7亿吨。2012年中国的铁钢比为0.91。

        2012年世界直接还原铁(DRI/HBI)总产量约为5544万吨，约为世界生铁产量的5.04%，比2011年降低了12.65%。2012年中国直接还原铁(DRI/HBI)总产量约为80万吨,约占生铁产量6.543亿吨的1.2%，主要生产装置为煤基转底炉。

        我国钢企在去年遭遇了新世纪以来最寒冷的冬天。在全球经济疲软、钢铁出口销量低迷的影响下，钢材价格一路下滑，上游原材料方面由于国际矿山巨头的垄断，铁矿石价格易涨难跌，因此导致大部分专注钢铁生产的钢企业绩惨淡，亏损连连。长期亏损已经成为多数钢企面临的无奈的经营结果，钢铁企业将不得不继续面临高产能、高成本、低效益的困难局面。工信部的数据显示，去年重点大中型钢铁企业的销售利润率只有0.04%，行业经营陷入困境。但非钢产业弥补了一部分钢铁企业主业的亏损。2012年十大亏损上市公司中，钢铁类企业占据了5席，亏损金额高达173亿元。效益低下使钢铁企业的技术创新十分困难。

2 节能减排的气基竖炉直接还原工艺是非高炉炼铁技术发展的主要方向

2.1非高炉炼铁技术的发展现状

       COREX目前世界上仅有COREX和FINEX两种熔融还原炼铁工艺实现了工业应用。世界上目前有6套COREX熔融还原炼铁生产装置，其中印度两套、南非和韩国各有一套年产65万吨铁水的C 2000型COREX生产装置。宝钢2007年引进了两套大型COREX熔融还原炼铁生产装置，实现了连续4年顺行生产，对我国非高炉炼铁技术的发展及人才培养、熔融还原生产和设备制造、维护经验积累，起到了重大推动作用。在投产运行的4年中，宝钢COREX 3000熔融还原炼铁新工艺平均入炉焦比低于200kg/t，环境负荷较小，属于清洁生产的炼铁新工艺，受到上海市政府的重视，已在宝钢实现单台年产100万吨以上铁水的工业生产，宝钢股份公司做了大量消化、吸收、备件本地化等工作，对引进投产的COREX 3000存在的技术缺陷作了一些局部改进。（COREX 3000存在的主要技术缺陷包括原设计的大型竖炉中心没有煤气流，金属化率长期低于50%，后来修改设计，增加了向中心补充煤气的AGD管，金属化率才达到了70-90%；竖炉长期达不到原设计的180t/h铁水要求的产能(只能达到年均130t/h)；竖炉经常发生局部过热结块，必须每半年停炉清空一次等。）

表1  宝钢COREX－3000生产的技术经济指标

       目前，COREX/FINEX的能耗和生产成本比高炉炼铁工艺高，在我国大多数地区，熔融还原炼铁的投资、生产成本及能耗均竞争不过技术、装备十分成熟的高炉炼铁工艺。

       由于未能与高炉流程互补，码头物流由上海港务局控制，上海地区的球团矿到厂价格（约1200元/t）及块煤的到厂价格（约1200元/t）高等因素使其持续亏损，宝钢没有通过技术创新使其达到设计的150万t/年产能，迄今仅达到70%的设计产能（年产105万吨铁水），能耗也比高炉稍高。目前已经全部停产，一期COREX 3000正在按计划拆迁到球团矿价格（约800元/t）及块煤的到厂价格（约200元/t）低的新疆八一钢铁厂，预计2014年建成投产。依靠国内熔融还原炼铁专家的知识和经验，完全可以通过技改使COREX 3000达到设计产能并大幅度减少预还原竖炉的粘结及清空作业。

        COREX 3000 与高炉炼铁工艺比较表见表2、表3。
  
        总体上看，我国非高炉炼铁技术鲜有重大的创新，在钢铁行业中属于发展缓慢的，而且生产率落后于国际先进水平的领域。与已生产几百年的高炉炼铁技术相比，非高炉炼铁技术总体上还是处于开发阶段，我国要积极开发、研究，不断创新，将来会有广阔的发展前景。

        据报道，韩国将投入56亿美元，用于开采和开发海外矿业资源，满足未来资源所需及降低对进口的依赖程度，越南的矿石品位也比较低，按照普通的高炉生产，矿石的品位达不到高炉冶炼要求，但使用FINEX技术就能利用当地的矿石。浦项越南钢铁项目将分三个阶段进行，第一阶段先上400万吨的规模，然后再搞第二阶段，第二阶段扩大到800万吨，目标达到1200万吨。

2.2直接还原铁技术的发展

        直接还原铁（DRI/HBI）是电炉冶炼纯净钢高等级钢的最佳废钢残留元素的稀释剂，是提高我国废钢铁使用比例、降低钢铁产业CO2排放量必需的原料,发展直接还原铁是我国钢铁工业实现可持续发展,适应日益提高的环境保护要求及提高钢铁产品质量的重要途径。目前，我国的钢铁蓄积量大约为60亿吨。专家预测“十二五”期末我国的钢铁蓄积量的将达到90亿吨，可以预见，不久以后我国钢铁工业使用废钢的比例将快速上升，对纯净的铁源直接还原铁的需求将会有爆发性增长。 受到资源的制约,我国直接还原铁产量不到全球直接还原铁(DRI)产量的1.5%，中国的DRI产量不到高炉生铁产量的千分之二。 2011年全世界大型竖炉直接还原法生产的DRI所占比例超过73%，而中国仍然为零。我国的回转窑直接还原铁生产技术缺乏市场竞争力。我国虽然已经开发建成了多座回收处理钢铁厂含铁尘泥的转底炉，转底炉的产品金属化率偏低、含（FeO）偏高，一般仅适合供给高炉和转炉循环利用。还没有形成具有自主知识产权的、年产百万吨铁以上的大型煤基非高炉炼铁工业生产技术，也没有形成有组织的非高炉炼铁应用技术研发基地或工业性示范工程。号称新千年的第3代先进炼铁工艺的日本神户制钢的ITMK3粒铁转底炉，从2004年在美国明尼苏达州建设ITMK3粒铁转底炉示范装置，原计划第1号商业生产设备于2006年开始生产，由于遇到1450℃环境下进行的含碳球团还原和渣铁分离过程温度很高，转底炉耐材及铺底料的问题未解决好、粒铁产品硫含量高、在转底炉内生成粒状固态生铁需要的冷凝段过长，使生产效率太低等工程化难题，至今未能商业化生产。计划在Northshore Mining Co.公司建设的直径50～60米、年产50万吨粒铁的ITMK3转底炉示范厂至今未见报道。其共同开发的合作伙伴、北美最大的矿业公司克利夫兰.克里夫斯(CLF)2012年已经宣布退出了ITMK3粒铁转底炉合资项目。有的企业提出希望利用一些达不到高炉使用要求的低品质难选含铁有色冶金含铁废渣（火法炼铜渣、氧化铝赤泥磁选物、硫酸渣等）生产含铁量达95%以上的粒铁，不仅会遇到上述工程问题影响达产，也存在产品中硫磷等元素超标等问题，应该提前开展专题研究。

        与其它炼铁工艺相比，气基竖炉直接还原法的显著优点是单套设备产量大、不消耗焦煤，节能、环境友好、低能耗、低CO2排放，是直接还原无焦炼铁技术的主流。是产品质量优良的低碳绿色先进炼铁技术，应该成为我国直接还原炼铁技术的主要发展方向。在过去20年间，煤气化技术取得极大发展，各类型的煤气化技术的生产装置都在中国运行。目前在南非saldahna有一套产能为DRI 80万t/a的MIDREX竖炉已经生产了8年,它是世界上唯一利用COREX输出的含CO达80%的煤合成气生产直接还原铁的竖炉。印度京达尔公司也在与达涅利公司合作,建设DRI 170万t/a煤制气-MIDREX竖炉直接还原工程。建设大型竖炉直接还原与煤制气无焦炼铁联合工艺，关键是煤制合成气的成本能否大幅度降低，在非炼焦煤、天然气和焦炉煤气较便宜的地区和企业，均可采用此项技术。加压煤制气工艺是我国今后发展大型直接还原新工艺的基础条件，采用现有成熟的煤气化装置和竖炉，应用现有MIDREX、HYL-Ⅲ竖炉直接还原技术,可将二者连接起来,形成大型煤制合成气生产直接还原铁的联合工艺。在新疆\内蒙等缺乏焦煤而非焦煤资源丰富而且廉价的地区，大型煤制气-竖炉海绵铁联合流程具有很强的竞争力。由于缺乏天然气和富矿资源，我国迄今尚没有建设技术成熟、节能的大型气基直接还原竖炉、粉矿直接还原工业生产等炼铁前沿技术生产装置，尚缺乏对成熟的大型气基直接还原竖炉、粉矿直接还原等炼铁生产技术的应用经验，但是目前在内蒙古和江苏省都有企业在筹建煤制气竖炉直接还原工程。

        中国目前的能源结构适合发展以煤气化为气源的直接还原炼铁工艺。采用最新一代的洁净煤气化技术的大型直接还原竖炉是最节能、污染排放最低、CO2排放最少、生产效率最高、能耗最低的大型化先进炼铁工艺，流程中避免了环境污染最严重的烧结和焦化工序，在能耗及排放方面煤制气-竖炉直接还原联合工艺与高炉流程相比具有明显的优势（见表2、表3）。是我国直接还原产业的主要发展方向。

        各种炼铁工艺比较见表2、表3。
 

表2  各种非高炉炼铁工艺比较表

表3 现有主要炼铁方法的生产率指标比较表

       非高炉炼铁技术与已生产几百年的高炉炼铁技术相比，还处于发展阶段，将来会有广阔的发展前景，在能耗、环保、CO2排放量等方面均优于高炉流程。我国要积极开发、研究，不断跟踪国外技术的进展。我国目前落后的隧道窑生产炼钢直接还原铁产品的能耗过高、产品质量不稳定，要逐步淘汰。我国炼铁工艺技术的发展，应围绕着节能降耗、高效生产、过程绿色化为中心，抓住高效节能减排的共性技术、关键技术开展研发、推广应用，形成具有自主知识产权的高效、节能、低碳炼铁新工艺、新装备和新技术，使我国的炼铁技术及经济指标总体达到国际先进水平。

       消化吸收引进技术与自主开发相结合，推进非高炉炼铁工艺产业化，关键技术成套技术装备达到国际领先水平，形成一批产业化示范工程，主要技术经济指标进入世界先进行列，推动低焦比炼铁或无焦炼铁生产技术发展。

3 我国非高炉炼铁发展面临的能源、资源问题

3.1我国非高炉炼铁发展面临的含铁原料资源问题

3.1.1使用低品质难选矿炼铁是直接还原铁创新的方向之一

       去年以来，采用符合高炉炼铁标准的精料生产的高炉炼铁企业生产普遍面临铁矿石成本居高不下，产品市场价格持续低迷，企业生产持续大量亏损的局面。此时，非高炉炼铁要想走出困境，必须另辟蹊径，在生产经营思路上创新。

       由于竖炉、转底炉是在炉渣熔点以下的温度还原，不消耗焦炭，不需像高炉或熔融还原炼铁那种必须配加熔剂造渣，直接还原工艺产出的DRI产品可以通过磨矿磁选或重力选矿富集得到含铁92%以上的铁粉或压块铁产品，也可以使用熔分技术获得铁水，因此铁矿石的品位低一点对工艺能耗影响不大。基于这种原理，一部分企业提出，除了不用焦炭，完全使用煤做燃料和还原剂外，非高炉炼铁可以尽可能因地制宜、使用我国各地富产的廉价的品位较低、难以选矿富集的含铁原料或铁矿石资源炼铁。这符合我国资源利用、循环经济的国家发展战略，作为高炉炼铁工艺的补充，非高炉炼铁工艺的使用范围和市场生存能力也可得到提高。转底炉不用焦炭、烧结矿，可以完全使用非炼焦煤，最大单炉铁产能可以达到30万吨/年，是一种有良好发展前景的绿色、节能、低排放的煤基短流程直接还原工艺，可以直接处理传统高炉炼铁很难利用的各类低品质难选的含铁资源（如含较高硅、铝、镁、钛、碱金属等氧化物，含铁45-60%的难选难还原的铁矿石，高炉无法使用的难选赤铁矿、钒钛磁铁矿、菱铁矿等。但是对DRI磨矿磁选富集得到含铁量达95%以上的铁粉及压块铁，铁的收得率达到90%以上的实用关键技术设备还需要认真开展试验研制。目前许多单位正在开展煤基转底炉直接还原生产粒铁新工艺的创新开发研究，预计很快就会有生产装置建成投产。

3.1.2充分利用国内铁矿石资源，努力提高直接还原铁产品的成本竞争力

       我国铁矿具有分布广泛，资源相对集中，矿石品位偏低，贫矿多富矿少，复杂伴（共）生组分多等特点，矿产资源整体保障程度低，与我国钢铁工业高速增长对金属矿产资源需求持续大幅度增加不相适应的现象短期内不能得到缓解。

       在我国已查明的577亿吨铁矿石储量中，经济的基础储量仅为167亿吨，可供开采的、有经济价值的铁矿资源只有120多亿吨，而且其中中小型矿多、贫矿多、难选矿多，氧化铁矿占铁矿总储量的60%以上，全国铁矿石保有储量中需选贫矿占97.5%。真正能够开采的能直接入炉的富铁矿石只有4.86亿吨，占全国保有储量的0.97%。需选贫矿石中，磁铁矿石占48.8%，钒钛磁铁矿石占20.8%，赤铁矿石占20.8%，混合矿石占3.5%，菱铁矿石占3.7%，褐铁矿石占2.4%。同时大部分入选铁矿石中的脉石种类多、矿物互嵌共生、嵌布粒度极细，属于难磨、难选的铁矿石，这在相当程度上影响了这部分矿石的回收利用，由于矿石的复杂难选使得铁精矿的加工成本极高，

        开发直接利用难选铁矿石资源的直接还原炼铁工艺，可使可开采、有经济价值的铁矿资源量增加近50亿吨，相当于将目前全国可开采的、有经济价值的120多亿吨铁矿资源量增加40%。低品位难选铁矿石加工成本高一直是我国选矿界的难题，如果能通过技术攻关，解决我国难选铁矿石直接还原应用的关键技术问题，不仅可以充分利用我国宝贵的矿产资源，获取巨大的经济效益、节能减排，也将显著提高我国矿产资源开发利用的技术水平，提高铁矿石资源利用范围，使目前选矿技术水平下不能利用的资源变为可利用的资源，盘活国内储量大、易开采的低品质难选的呆矿、死矿，因地制宜地提高廉价资源的利用率，减少对昂贵的国外优质含铁原料资源的依赖。

       我国长江流域赋存50亿吨难以利用的鄂西宁乡式鲕状高磷赤铁矿资源，由于鲕状高磷赤铁矿特殊的致密嵌套的矿相结构，矿石中氧化铁与磷灰石等矿相分布尺寸在10μm左右，导致该矿种中的金属铁与杂质元素磷极难有效分离，致使该类资源至今未能得到有效开发利用。国内科研院所一直在攻关研究试图解决其关键技术瓶颈，打通工艺流程，实现规模化生产，但由于现有冶炼工艺的铁回收率不高、产品磷含量难以降低以及产品成本过高等问题，远远不能满足现有钢铁生产流程对成品中磷含量的限制要求，无法工业化实施。现有相对比较成熟的煤基直接还原方法（如转底炉、回转窑等），无论在生产规模、生产稳定性和技术经济指标方面，还是处理这种结构特殊的鲕状高磷赤铁矿方面，还没有工程上成功的案例。研发高磷铁矿煤基竖炉直接还原、同时回收磷、铁资源的工艺工程关键工艺及工程化技术，对钢铁行业技术进步将有很大的推动作用。积极探索、低成本煤制合成气工艺与大型竖炉直接还原组合的无焦炼铁生产设备及工程关键技术，将鲕状高磷赤铁矿竖炉直接还原研究成果工程化、产业化，对盘活呆滞的鄂西宁乡式高磷铁矿资源，变为有效的市场效益，实现国内大量貧铁难选赤铁矿资源高效利用具有重要意义。

3.2我国直接还原的发展面临的能源问题

        2012年中国GDP总量为世界第二，但中国人均年GDP仅为6100美元，在全世界大约有193个国家中排名世界第84（印度为136名）位。随着中国经济快速发展，中产阶级日益壮大，能源的消费量急剧增加，已由能源基本自给自足转化为仅次于美国的世界第二大能源进口国。

       2012年我国一次能源消费总量达36.2亿吨标煤，占总体消费能源结构比重约为66.4%，世界煤炭消费占一次能源消费总量的比重不到30%，而中国的煤炭消费占一次能源消费总量的68%，给中国的大气和环境带来了极大的污染。 

       2012年全球天然气消费占比的平均水平为25%，印度为17%左右。而目前中国的天然气消费占消费能源总量的比例仅为5.5%。而我国近几年天然气消费每年都以15%左右的速度非常迅速地增长，中国天然气年需求量在2030年前将从目前的1500亿立方米增加到6000多亿立方米，中国将不得不依赖非常规供应来解决，例如煤层气、煤制气、管道天然气和液化天然气。国家《能源发展“十二五”规划》提出，到2015年天然气要占到一次能源消费量的7.3%。因此，不仅我国直接还原的快速发展瓶颈问题是能否有充足廉价的天然气供应，而且中国经济的突破口也应该放在能源革命上，而能源革命的重点就是要加紧扩大天然气的开发和应用。

       中国油页岩储量丰富，含油率中上，估计全国油页岩总储量4800亿吨，相当于页岩油资源476亿吨，居世界第4位。主要分布在东部和中部地区的十五个省和自治区。其中，吉林省、广东省、辽宁省合计占80%以上。

       页岩气是一种特殊的非常规天然气，它是赋存于泥岩或页岩中的天然气贫矿，具有自生自储、无汽水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能或低产，需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采。与常规油气相比，页岩气埋藏深度范围从200米到3000米，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井通过投入资金水力压裂能够长期地以稳定的速率产气，页岩气具有开采寿命长和单井生产周期长的优点。美国能源情报署称，中国页岩气可采储量高达36万亿立方米，超过美国，规模居全球之首，占全球的20%；主要分布在松辽盆地、渤海湾盆地、湖北湖南的江汉盆地、四川盆地、黔北和柴达木盆地等地区，开发利用前景无限光明。然而，坐拥巨大的油气资源，2012年中国石油的对外依存度已超过60%，天然气的对外依存度达29%。预计到2030年中国石油的对外依存度将超过80%，高于美国曾经达到70%的最高水平，同时获取能源的成本也在不断提高，400多亿立方米天然气主要靠管道从西亚进口，中国绝大部分石油进口要靠油轮从中东、非洲和拉美产油国运回，中国进口的原油五分之四经由美国海军维持治安的马六甲海峡运输。其中中东、非洲的政局不稳可能引发的石油安全变数很大，南海及马六甲海峡地区处于不稳定状态，传统能源供应基地以及漫长的运输线对中国的能源安全的影响也越来越大。有经济学家估计，如果按照目前的方式继续下去，中国的能源供应势将面对巨大的挑战，必然给经济、军事和外交方面带来巨大的压力。不克服资源、能源、环境和安全挑战，中国经济就无法持续快速地发展。

        美国的页岩气资源储量为13.65万亿立方米，美国的页岩气技术世界领先，由于政策对路，美国页岩气的生产从2005年到2010年增长了近6倍，从209亿立方米增长到1378亿立方米，2000年美国页岩气在天然气总产量中仅占1%，现在已提高到30%，预计2035年这一比例将进一步上升至45%。得益于非常规天然气尤其是页岩气开发技术的突破，2009年美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯（5277亿立方米）成为世界第一天然气生产国。产量地位的更替使美国天然气消费长期依赖进口的局面发生了逆转，目前已基本上实现了自给自足，从此不必担忧产气国如欧佩克垄断天然气市场的威胁，美国天然气在未来能源格局中可能扮演更重要的角色，如可对欧洲市场等输出液化天然气（LNG）。自2009年初至2010年3月，国际市场原油价格上涨了73%，美国天然气的价格却下降了15%。由于页岩气的开采，美国天然气的价格已经不再跟随原油价格上涨了。事实上，在较长的时间范围内，美国天然气价格下降幅度会更大，这促使美国天然气市场价格世界最便宜，这种局面刺激了美国经济发展。“页岩气革命”之后，美国的“能源独立”不再是天方夜谭。美国不仅不再需要进口液化天然气，而且许多卡车用液化天然气快速替代柴油，加之在页岩气开发中意外收获的大量页岩油，也使美国对中东石油的需求直线下降，2010年美国对中东地区石油依赖只有8000万吨。而替代8000万吨原油仅需要1000亿立方米天然气，从2008年到2010年三年的时间，美国页岩气产量就净增加了1000亿立方米。也正是因为页岩气革命的成果，使美国有底气义无反顾地撤出了曾牺牲数千美军人生命和开支了万亿美元军费的伊拉克，并相继准备从阿富汗撤军，同塔利班进行和谈，美国再也不留恋对石油资源的控制。随着美国“能源独立”格局的形成，华盛顿不再担心这些地区的动乱，将逐步松开与这些产油国的军事和政治关系，将战略重点东移到太平洋西部“第一岛链”来针对中国和俄罗斯。

       在国际燃料价格高企之际，每百万英热单位（MBTU)天然气的价格，美国仅为4.39美元(0.93元/m3）英国天然气6.56美元(1.39元/m3），欧盟管道气到岸价8.01美元(1.70元/m3），日本液化石油气到岸价更高，为10.91美元(2.31元/m3），廉价天然气也带动了美国电力成本和售价下降。促进了美国制造业的复苏。估计十年以内，美国就可能实现梦寐以求的“能源独立”理想；整个美国工业有可能在油气页岩资源的基础上重建，因而大幅增加就业机会，显著提升内需消费的活力以及实体经济的全球竞争力，为美国经济重振雄风提供至关重要的支撑力量。同时，页岩油气崛起已经构成对煤电、核电和经济性不佳的“新能源项目”的强劲挑战，坐拥如此庞大的油气资源和先进的开发技术，美国自然不必像欧洲人一样将能源安全主要寄托在非常昂贵的“可再生能源”上。

        但是，与常规天然气相比，页岩气的开采具有一定难度。常规天然气主要在砂岩储层，砂岩颗粒之间有10%到20%的空隙，天然气是游离状态，打个孔到地下，气就沿着井筒出来到地表了。页岩的空隙一般仅1%到5%，甚至更小一些，光靠地下游离的气体，含天然气量非常少，要想把吸附状态的气也采出来，所以就要对页岩实施压裂，产生很多裂缝，裂缝把很多空隙联通起来，里面的游离气就跑出来了，随着里面压力降低，吸附气跟着就出来了。对页岩气实施压裂的水力压裂技术是页岩气开采最主要的技术之一，另外一项关键性技术是水平钻井。水平钻井能更好的利用储层中的天然裂缝，井筒能够穿越更多储层，因此水平井的产气量“是直井的2到3倍”。中国开发页岩气面临诸多风险，其中一个风险是开采成本较高。不仅因为美国页岩气储藏的地质条件优于中国，而且中国的页岩气富集区基础设施还不完善，土地、公路、电力、供水的等“三通”就需要大量的前期投资，目前中国页岩气开采成本可能是美国的3～5倍，尽管政府承诺补贴0.4元/m3，仍可能导致其没有竞争力，这也可能是中国页岩气开发速度较慢的原因之一，而美国十年前的页岩气开采成本也很高。页岩气开采的成本应该高于常规天然气成本，由于常规天然气的价格主要是资源租金构成，开采成本占的比例很低。而页岩气的开采成本较大，但是由于页岩气资源租金较小（因为其分布更为广阔，稀缺性不高，资源租金自然不大），这导致页岩气总成本还是明显低于天然气的市场价格，这为页岩气大规模开采局势下的美国天然气价格大幅度下降带来可能。中国的页岩气开发技术基本具备，生产技术也已经基本掌握。美国、加拿大鼓励民间投资大量加入页岩气开发成熟的商业化运作模式和技术，值得中国借鉴和学习。

        美国鼓励页岩油气的具体政策和政策效果，对中国今后的页岩油气资源开发利用有重要的启示。多年来，美国政府对非常规能源开发实施了一系列鼓励能源储备、替代能源技术开发和商业化等方面的信贷优惠、税收优惠激励和补贴政策。例如，这些税收补贴源于1978年的《能源税收法案》，后来在1980年的《原油暴利税法》中得以扩展。应强调的是美国的相关支持政策比较具体、具有可操作性。1980年的《原油暴利税法》中“替代能源生产的税收津贴”旨在鼓励国内非常规能源的生产：从1980年至1992年钻探的非常规天然气可享受每油桶当量3美元的税收津贴，后续的立法将期限推迟了两次，推迟了3年。取得了两个方面的成就：第一，有效激励了非常规气井的钻探。在1992年之前，美国78%的新增矿井用于开发煤层气、致密砂岩气和页岩油气。第二，极大推动了美国非常规天然气，尤其是煤层气的产量。政府还特别为阿拉斯加等天然气管道的建设提供了激励：联邦政府提供贷款以保证管道建设，高容量天然气处理装置可享受15%的税收津贴，高容量天然气管道的折旧时间被规定为7年。政府的贷款担保降低了管道建设风险，有利于企业获得贷款的同时，保障了合理的天然气处理装置价格。另外，还有其他方面的政策：第一，2006年投入运营用于生产非常规能源的油气井，可在2006~2010年享受每吨标准油（或热量等价）22.05美元的补贴；第二，1980~1992年勘探的气井，其生产的非常规天然气享受相同额度的补贴。此项政策使得美国非常规天然气井勘探量大幅上升，天然气储量和产量也随之大幅上升。

       1990年《税收分配的综合协调法案》和1992年《能源税收法案》均扩展了非常规能源的补贴范围。美国联邦能源管理委员会1992年取消了管道公司对天然气购销市场的控制，规定管道公司只能从事输送服务。天然气供销的市场化，使得非常规天然气的供应更加便捷，供应成本大幅降低，市场竞争力更强。1997年《纳税人减负法案》中延续了替代能源的税收补贴政策。2004年《美国能源法案》规定，10年内政府每年投资4500万美元用于包括页岩气在内的非常规天然气研发。这些政策有效促进了油气页岩领域涵盖资源、地质、环保、水供应等各方面的关键技术的突破。

       在大力推进油气页岩开发的同时，美国联邦政府以及州政府在环境保护方面出台了一系列法律法规，这些措施涵盖了开发的全过程：从勘探、钻井、生产、废水处理，以至旧井遗弃与封存，严密、细致有效地保障了美国油气页岩发展过程中的环境保护。（林伯强：美国如何扶持页岩油气产业，科学时报    2011年08月01日）

        根据随着页岩气“十二五”规划，我国页岩气开发政策逐步明朗，这一非常规天然气迅速升温。根据《规划》，到2015年，国内页岩气产量将达65亿立方米，2020年力争实现600亿~1000亿立方米。而在《规划》背后，我国页岩气勘探开发的现状却并不能令人满意,年钻井数不到50口（美国6年页岩气钻井8万-10万口），开发企业只有5家，7个区块无一监管。我国页岩气资源勘探和开发起步晚，国土资源部2005年才开始前期调研，至今没有对国内页岩气资源潜力和有利区带进行系统评价和技术先导性试验。页岩气开发的关键技术与美国无法相比，另一方面地质条件不同，能源垄断模式不同。虽然2012年11月23日国土资源部日前发布《关于加强页岩气资源勘查开采和监督管理有关工作的通知》，鼓励社会各类投资主体依法进入页岩气勘查开采领域，并鼓励开展石油天然气区块内的页岩气勘查开采，但是这些政策还缺乏可操作性，还缺乏在环境、钻井完整性、水和能源的管理、基础设施和物流、利益相关方沟通以及许可证等方面的风险管理配套政策。中国将页岩气列为独立矿种后，还需要进一步完善资源管理机制，因为现状是中国80%页岩气资源分布在目前处于垄断地位的国有企业已登记的油气区块内的，《通知》鼓励国有石油公司先勘查开采其区块内的页岩气；国有石油公司不勘查开采的，在不影响石油、天然气勘查的前提下，才另行向其他投资主体出让页岩气探矿权；石油、天然气勘查投入不足，前景不明朗但具备页岩气资源潜力的区块，依法要求矿业权人退出区块，设置页岩气探矿权。

        当前，中国经济发展面临资源和环境的双重掣肘，对石油天然气等能源的对外依存度不断提高。虽然中国页岩气开发仍处在探索起步阶段，但其作为富有潜力的新兴能源肩负着来自官方和民间的期待。在这场技术突破过程中，政府的扶持促使页岩气开采领域长期保持了适度的规模，为技术突破奠定基础。门槛较低的进入页岩气开采的投资开放体制，是关键因素，让民营的中小公司及民间资本可以轻松进入页岩气开采领域对迅速扩大页岩气开采规模十分重要。我们应该了解，那些拥有的巨大垄断实力、较高技术的大型油气公司，是没有兴趣搞投资大、风险高的页岩气的。他们的主要兴趣放在天然气价格形成机制的改革上，希望通过不断提高天然气价格来带动投资；更主要的是，他们内心是不希望民间资金大量投入搞页岩气的，如果页岩气开采搞好了，对大型油气公司的好处不多，缺点却不少，比如会天然气多了会导致它们常规天然气降价。所以这必须由政府出台政策扶持民营企业新人和民间资本进入页岩气开采领域，打破目前的寡头垄断局面，例如，规定开采页岩气井的公司占股超过30%就不能享受头5年减免税收及产品补贴等优惠政策等，才能让大型油气公司被迫跟随页岩气爆发性的发展与民间资本合作。等页岩气开采成熟以后，大型油气公司可以通过购并这些中小页岩气开采公司，再进入这个领域。目前中国参与页岩气勘探开发的公司还主要局限于中石油、中石化及地方的几大国有垄断企业，由于还存在技术、政策、体制等一系列限制，其他有能力和希望进入的民营资本几乎无法涉足，这在很大程度上缩小了技术投入和发展的空间，也无形中拉长了我国页岩气产能增长的时间。可以预言，当民营企业和民间资本占据页岩气勘探开发市场一半以上，年打页岩气井达到5000口时，中国的页岩气产量就会出现爆发性增长。

        国际社会普遍认为，作为引领美国能源革命的关键因素，页岩气开发是全球能源领域的一场革命，对世界能源供应格局将产生重大影响。2013年1月，EIA在能源展望报告中再次乐观预测，到2021年，美国的天然气的产量将超过消费量，同时还将成为天然气净出口国。虽然中国的页岩气储量巨大，但尚未对其进行商业化开发。中国近期发布的规划目标是，到2015年中国页岩气年产量要从零达到65亿立方米，希望到2020年把产量进一步提高至600亿-1,000亿立方米，到2020年，天然气占国内能源消费的比重将从2012年的5.5%提高至10%，从而减少对煤炭能源的依赖。
我国节能减排先进直接还原工艺的大发展，期待着中国天然气供应出现爆发性增长。

4 生产市场适销产品是煤基转底炉直接还原工艺技术创新研发的方向

       转底炉具有原燃料适应性广的优点：可以使用低等级燃料煤，廉价的低品质难选矿、多金属复合矿（含钒钛海砂）、贫镍红土矿、有色金属冶炼含铁废渣、钢铁厂含铁尘泥等。因此，转底炉具有生产成本低，能耗低，环境负荷低的优势。但是也存在产品金属化率较低（一般为70%左右）、产品含残留有害元素略高（S、P、As、Cu等）、容易再氧化等问题，一般用于钢铁厂内部配料循环使用问题不大，但是这种中间产品进入市场就会面临钢铁原料标准的限制。

       为了适应市场竞争，必须将煤基转底炉直接还原炼铁工艺的产品变成市场适销对路的产品作为技术创新研发的方向。例如，研究将直接还原铁细磨分选后压制成含铁92%以上的铁粉压块，代替废钢使用，或研制使用廉价能源（动力煤或低热值煤气）和回收余热产生的高温助燃风运行的的快速熔分设备，将直接还原铁熔化、渣铁分离、脱出有害元素再铸锭销售（或用于炼钢），或者研究一种物理方法，将共生矿还原的转底炉产品分离得到含50-70%TiO2的富钛渣和铁两种市场适销产品。通过技术创新，改进工艺设备，提高转底炉参与市场竞争直接盈利的能力。使转底炉由生产中间产品转型为市场需要的适销产品。

5 大型煤制气工艺的经济性是当前我国直接还原新工艺成功的关键

        建设50-200万吨DRI/年的竖炉直接还原铁示范性生产线，除了充分利用当地可利用的焦炉煤气、煤层气、蓝碳煤气以外，煤制气工艺的选择是我国今后发展大型竖炉直接还原工艺的基础和条件，也是煤基多联产、联合循环发电（IGCC）等工艺过程的共性技术和关键技术。过去20年间煤气化技术在中国取得极大发展，但是目前已经过大规模商业运行验证的壳牌气流床、德士古水煤浆、鲁奇移动床煤气化工艺设备的投资均很高。因此，与煤化工专业部门合作，进一步提高大型煤制气装备的国产化率，降低大型煤气化的设备及工程投资，降低直接还原铁产品的投资折旧成本，提高大型直接还原铁生产装置的市场竞争力是亟待解决的课题。最近，改进后在国内刚刚恢复应用的U-GAS流化床煤气化工艺推广应用发展的势头很快，据介绍其投资较低、可以使用褐煤、高硫、高灰等廉价劣质煤制气、作业率高，无污水产生，每天气化煤能力为300t-3000t，值得重点关注。（枣庄U-GAS项目包括1000m3/h空分400t.d煤气化能力投资约3.2亿元，气化炉温度930℃，煤气含4%甲烷，40%H2,28%CO)。我们应将消化吸收引进技术与自主研发相结合，推进煤制气竖炉直接还原炼铁工艺产业化，关键成套技术装备的运行率达到国际先进水平，形成一批具有市场竞争力的产业化示范工程。

6 结语

        2012年中国高炉生铁的产能已达7.7亿吨，但以煤基转底炉为主的中国直接还原铁总产量仅80万吨,仅占生铁产量6.543亿吨的1.2%。我国的钢铁蓄积量已经达到60亿吨，专家预测“十二五”期末我国的钢铁蓄积量的将达到90亿吨，由于优质铁矿石的价格居高不下，可以预期不久以后我国钢铁工业使用废钢的比例将快速上升，对纯净的铁源直接还原铁的需求将会有一次爆发性增长。
与其它炼铁工艺相比，竖炉直接还原法大型气基直接还原竖炉是最节能、CO2排放最少、污染物排放最低、生产效率最高、能耗最低的先进炼铁工艺，是直接还原无焦炼铁技术的主流，是产品质量优良的低碳绿色先进炼铁技术，应该成为我国直接还原炼铁技术的主要发展方向。我国节能减排先进直接还原工艺的大发展，期待着天然气供应炉出现爆发性增长。

        我国直接还原的发展面临严峻的的能源、资源限制问题，但是我国有丰富的页岩气储藏，有大量未充分利用的低品位难选铁矿资源，开发研究直接还原的资源、能源利用方向的潜力很大。直接生产市场适销产品是煤基转底炉直接还原工艺技术创新研发的方向。

        大型煤制气工艺的经济性是目前我国直接还原新工艺发展成功的关键，进一步提高大型煤制气装备的国产化率，降低大型煤气化的设备及工程投资，努力降低直接还原铁产品的投资折旧成本，提高直接还原铁的市场竞争力是亟待解决的问题。