米德雷克思煤制气直接还原技术

2015-06-17

　　钱良丰

　　米德雷克思

背景：为了向天然气资源缺乏的地区提供直接还原工艺解决方案，米德雷克思公司早在1990年代就已开始研发基于煤制合成气的直接还原工艺，并于1999年成功应用在南非萨尔达娜钢铁厂，其还原气是COREX工厂的输出煤气。此后又在印度金达尔钢厂再次使用其COREX工厂的输出煤气生产直接还原铁，这两座商业化工厂的稳定运行证明煤制气直接还原技术已发展成熟。直接采用煤制气技术生产合成气，用于米德雷克思直接还原竖炉的工艺也已在印度金达尔钢电工厂得到实现，该厂的煤制气工艺采用的是鲁齐固定床气化技术，于2014年8月份投产，至今生产稳定，这标志着煤制气直接还原已成为一项成熟可靠的工艺技术。

　　1 煤制气直接还原技术的工艺难点

　　天然气基直接还原技术早在上世纪70年代就已发展得相当成熟，而煤制气基直接还原直至1999年才实现世界第一座基于COREX输出煤气的直接还原工艺的突破，在2014年才终于在印度由米德雷克思建成世界第一座真正基于煤制气的直接还原工厂。煤制气直接还原发展缓慢的原因主要在于两点：首先煤制合成气的CO/H2比要远大于天然气重整气，由于CO还原反应是放热反应，H2还原反应是吸热反应，高还原气CO/H2比会导致竖炉炉料在还原过程中升温，如果还原气在竖炉内分布不均匀，会使局部区域过热而发生粘结。这是竖炉生产最忌讳的问题，一旦竖炉发生粘结将很逆转，因为粘结会导致气流分布的更不均匀，最终迫使竖炉只能进行清空处理。另外一项技术难点是合成气的加热技术，在合成气加热过程中容易发生析炭反应造成设备管道堵塞及竖炉生产故障。米德雷克思直接还原技术在70多座工厂的设计、生产实践中不断发展完善，已掌握解决相关技术难点的诀窍。

表1 不同燃料生产还原气氢气与一氧化碳比值

　　2 煤制气直接还原技术的优势

　　煤制气直接还原技术可以利用普通的煤炭甚至劣质煤炭资源生产优质的炼钢原料，打破高炉炼铁对焦煤资源的依赖。因不需要使用烧结矿和焦炭，也就消减去钢铁冶金中最主要的污染排放源。煤制气直接还原工艺物料流和能源流的集中度更高，能源利用效率得到显著提高。竖炉还原只有气固两相反应，原理简单，控制简易，生产操作稳定，劳动效率高。生产的产品质量稳定，为持续生产高质量产品提供了前提保证。煤制气工艺设置的脱硫单元能有效脱除煤炭中的硫份，使直接还原产品的硫含量达到非常低的水平。

　　3 直接还原铁对于钢铁产业的价值

　　煤制气直接还原工艺使用清洁的合成气为燃料，可以完全避免高炉流程高温反应而由燃料带入非铁金属元素硅、锰、镍、铬、钛、钒、砷、锑、铋等及硫、磷等有害杂质元素，统计显示直接还原铁中这些有害杂质元素的含量比生铁低1～2个数量级。在国外电炉冶炼钢厂，直接还原铁是纯净钢、优质钢生产的不可缺少的高质量配料。另外直接还原铁的含碳量可以根据下游工序需要灵活控制，碳含量可以设定为从0.5%到2.5%之间的任意值。这项特性可以根据电炉原料组合配置出最佳炉料综合含碳量，达到最佳的氧气吹炼负荷和熔池脱气氛围，能提高生产效率。

图1 直接还原铁质量

　　4米德雷克思煤制气直接还原工艺

　　米德雷克思煤制气直接还原工艺采用天沃综能的流化床煤制气技术，使用2-6 mm粒度范围的粉煤，流化床的工艺特性决定其床层各处温差非常小，气化温度控制在900℃到1000℃，煤气中的高分子碳氢化合物充分裂解，不含焦油、酚、三苯、氰化物，因此其水污染物排放非常低。另外该工艺对煤炭品种的适应能力非常强，可以使用高灰高内水煤。天沃综能煤制气工厂生产的煤气经脱硫脱CO2后不需调整成份，可直接送直接还原工厂在加热后作为还原气。竖炉顶煤气在脱除CO2和H2O后经加压循环使用，部份顶煤气送至加热炉作为燃气使用。

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