气基竖炉直接还原铁技术研究与应用

　　中晋冶金科技有限公司

　　1概述

　　气基竖炉直接还原工艺是当今世界最先进的炼铁技术之一，无论是与传统高炉工艺相比，还是与回转窑、隧道窑等工艺相比，在节能环保、绿色冶炼、优质高效等方面显现出得天独厚的技术和产品优势，被业界称为优于高炉工艺的第二代炼铁技术。中国能源具有“富煤、贫油、少气”特点，中国不可能大力发展以天然气为主要原料气的还原铁技术。

　　2 技术研究

　　2.1 还原气技术研发

　　气基还原技术的还原剂、热载体---还原气，是气基还原技术能否顺利实施、产品质量能否达标、能否达产达效的关键所在，是迄今为止中国气基还原铁技术未能实现产业化的限制性环节。为了解决这一难题，中晋冶金科技有限公司与中国石油大学（北京）作开发了用于气基竖炉直接还原工艺的还原气制备技术，从根本上解决了该技术在我国产业化的瓶颈问题，破解了国外先进的竖炉技术不能引入我国的重大技术瓶颈（国外竖炉以天然气为气源）。该技术一次投资低、转化效率高、污染排放受控，经过侧线试验安全可靠。目前，我公司已经拥有煤制气、天然气、高碳气等气源干重整技术，并获得了国家专利。

　　（1）气体净化和转化技术。目前具有气体净化、干重整转化、双重整转化、变换等研发和产业化技术能力，已成功解决了干重整转化相关技术难题，具备还原气制备技术；

　　（2）低压深度脱硫净化技术。鉴于焦炉煤气含有较多硫化物，易造成重整催化剂失活及设备腐蚀，而目前铁-钼工业催化剂具有使用压力高、工艺复杂、能耗大、生产成本较高、易超温、易结碳、易甲烷化和影响工业装置正常运行等不足。公司成功开发了基于反应-吸附的新型脱硫吸附剂，具有较高的硫容，操作条件温和，工艺流程简单，使用周期长，再生性能好。

　　2.2 还原铁冶炼技术引进与研发

　　从上世纪80年代末以来，中国一直在宣传推广使用直接还原技术，并进行了广泛的探索研究，取得了一定成果。但受铁矿、还原气源、还原技术等条件限制，中国直接还原发展的实际成效不大，仍未建成一座气基竖炉生产装置。由此可见，中国要想发展自己的气基还原铁技术，规避昂贵的专利许可费，打破受制于人的局面，必须走自主研究之路，形成自己的适合中国国情的还原铁冶炼专利技术。公司引进了气基还原铁PERED工艺包，并进行了转化设计，设计出图纸后，交给厂家设备图纸，解决竖炉设备的国产化问题。

　　为了降低技术运行成本，提高技术的生产率，开发与研究还原装置低成本的烟气密封气系统（并已获得专利）。

　　利用大学的智力技术资源与实验设备资源，公司与北京科技大学合作，研究开发独立产权的还原铁技术CSDRI，彻底摆脱受制于人的局面，打开中国气基直接还原铁发展之窗。

　　我公司的CSDRI技术的主要特点是：

　　设计了更为合适的最大H/D比；

　　延长了反应时间而且更加合理，提高了竖炉反应效率和能源效率，显著提高还原有效气体利用率。

　　专门设计的流量辅助器位于竖炉不同的位置，有助于打破竖炉结团。

　　专门设计的匀流器（MFG），确保质量流均匀通过炉膛。

　　专门设计的冷却气出口和收集器。

　　优化设计的流量辅助器，可在最小的作用力下实现有效的流量分布和结团破碎。

　　3 技术应用

　　为了验证气基还原技术与国产化装置的可行性，本项目研究在中晋太行矿业有限公司进行应用研究，建设国内首台套工业化实验装置。

　　本试验装置以左权县当地丰富而优质的煤矿和铁矿资源为原料，经过精选生产出高品位铁精粉，采用先进的球团工艺生产出能夠满足气基竖炉工艺要求的高品位球团矿，作为以焦炉煤气为气源的气基竖炉直接还原铁工艺的稳定原料，由炉顶装入竖炉。焦炉煤气净化重整后制成合格的还原气送入竖炉，在竖炉内完成球团矿的直接还原过程，生产出高质量的直接还原铁。

　　中晋太行矿业有限公司新建焦炉煤气制合成气生产30万吨/年直接还原铁试验装置以及配套装置---50万吨/年氧化球团装置、焦炉煤气制合成气装置、30万吨/年直接还原铁竖炉装置于2017年8月24日全面开工建设，2019年5月装置试运行。

　　4预计效果

　　4.1 经济效益

　　一、预期节能减排效益

　　二 、社会经济效益

　　(1) 技术的成功研发应用，开创了气基竖炉直接还原铁在国内产业化的先河，具有划时代和里程碑式意义，引领和加速非高炉炼铁技术在中国的快速发展。

　　(2) 技术的成功实施，加速“短流程”炼钢工艺的发展，实现钢铁产品转型升级和做强钢铁以及钢铁行业节能减排的战略目标，摘掉中国钢铁行业“大而不强”的帽子，带动下游产业链的升级。

　　(3) 可以解决部分当地人的劳动力就业，增加当地税收。

　　5 技术前景

　　该技术可以广泛应用于非高炉炼铁领域，它的成功研究应用必将为我国做强钢铁板块和实现产品转型升级以及完成节能减排目标提供有力的技术支撑，引领中国钢铁行业的未来，指引中国钢铁行业技术发展方向，具有广阔的推广应用前景和实用价值。

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