中晋太行矿业有限公司

　　1 概述

　　中晋太行矿业有限公司引进了德国MME公司的气基还原铁PERED工艺包，以及采用中国石油大学(北京)的干重整技术，历经10年孜孜不倦的国产化技术探求，破解了一系列制约气基还原铁技术工程转化的技术难题，完成了全部技术转化与工程设计工作。中国第一套30万吨/年焦炉煤气制直接还原铁工业化试验装置于2017年8月24日全面开工建设，目前主体设备采购完成100%，图纸设计完成100%，工程整体进度完成80%，土建完成95%。计划2019年10月全面投产。

　　2 解决工程转化设计中的技术问题

　　2.1 重整炉低温烟气应用于竖炉密封气、吹扫气技术研发

　　为防止热还原铁与空气接触发生氧化反应以及防止还原气外泄，降低还原铁的金属化率和还原气的利用率以及形成局部高温粘结区，需要采用惰性气体进行密封，国外的气基竖炉密封气、吹扫气通常采用以下两种方式：

　　一是：采用制氮装置制取的氮气，N2：99.9%，温度：-40℃-40℃、压力0.19--0.22MPa

　　二是：抽取重整炉辐射段1100℃高温烟气(N2体积含量61.57%;CO2体积含量16.78%;H2O体积含量20.13%;O2体积含量1.52%)，经过降温、脱水、压缩制成合格的烟气用于竖炉的密封、吹扫。

　　为了降低能耗和制取密封气、吹扫气的投资，降低生产成本，通过多次论证和计算，采用抽取重整炉对流段的120℃低温烟气，经过降温、脱水、压缩等工艺制成合格的烟气用于竖炉的密封。目前已申请了实用性专利或发明专利，专利号：“CN208485901U”。

　　2.2 利用镍锌吸附剂有效脱除焦炉煤气中有机硫、无机硫

　　焦炉煤气中含有各种有机硫以及萘、焦油等杂质，为了保证重整催化剂的活性，需要将气体中的总硫脱除到1ppm以下，传统的焦炉煤气的脱除硫的工艺采用钴钼加氢或铁钼加氢工艺，将有机硫转化为无机硫加以脱除，该工艺的特点是：流程长、操作压力高(2.0MPa左右)，我们采用中国石油大学(北京)研制开发的镍锌吸附脱硫剂，可以将有机硫加氢转化和脱除一次性完成。操作压力在0.8mpa，操作温度350℃，一塔运行、操作简单。同时，该吸附剂可以重复再生使用。最重要的是该镍锌吸附剂可以将不饱和烃转化为饱和烃，进重整炉的不饱和烃≤100ppm，有效防止干重整过程中的积碳问题。

　　2.3 干重整工艺应用新一代的镍基催化剂

　　中国石油大学(北京)研制的新一代镍基催化剂，通过添加稀有金属，能有效控制积碳问题;制成的还原气H2/CO比可调范围宽，1.1-2.0。

　　2.4 成功研制/设计卧式重整炉，热效率可达92%

　　重整炉设计集合了国内制氢炉的设计优点，同时借鉴了国外转化炉的实践经验，克服了热膨胀的技术难点，以及炉管的材质选型，防止金属陈化等问题，成功设计了国内首套卧式干重整转化炉，热效率达到了92%，达到了国内制氢炉的先进水平。同时为了防止在开车初期或者不饱和烃超标，还设计了临时补充蒸汽管线，可以实现蒸汽和二氧化碳双重整工艺。

　　2.5 重整炉对流段设置急速蒸发器

　　为了将高温烟气的热量能迅速的移走，确保重整炉辐射段的安全运行在对流段增加了急速蒸发器副产10t/h的蒸汽(温度220℃、压力1.0MPa)。副产的蒸汽可以用于净化工区精脱硫的再生。既回收利用了废热，又实现了能量的综合利用。

　　2.6 垂直提升机输送铁基原料，保证竖炉原料进料系统长周期运行

　　氧化球团是竖炉生产的基本原料，为了能保证氧化球团连续稳定的输送至竖炉内，减少输送损耗、抛撒。经过论证，将原来设计采用的大倾角皮带输送修改为了垂直提升机输送，采购的意大利某公司生产的产品。

　　2.7 设备国产化率达到90%以上，实现设备本土化

　　竖炉内关键的4件设备：均流器、松料器、上料溜管、配料器采用德国MME专利产品，核心设备热压机、水淬槽、热振筛、垂直提升机采用进口设备。其余的设备均采用国内知名生产企业和一线品牌，实现还原铁设备国产化，国产本土化率90%以上。目前我们正在着手研究，待装置投产后，将实现所有设备国产，以降低建设投资，同时建立拥有我们知识产权的设备。

　　3 直接还原技术研究

　　3.1 多种原料气制还原气技术研究

　　中晋太行矿业有限公司与中国石油大学(北京)合作成立北京中晋中石化工冶金技术有限公司，开发研究还原气制备技术。

　　目前已完成了天然气、驰放气、煤层气、煤制气等原料气制备还原气技术研究与验证，并获得国家专利。

　　3.2 多种铁矿还原技术研究

　　2017年与北京科技大学联合，开发研究冷、热竖炉气基还原工艺技术，系统对左权矿、西北矿、澳矿、印度矿、钒钛矿、秘鲁矿等进行了气基还原技术试验研究与验证，已申请相关专利技术。

　　截至目前为止，已经取得一种高效的气基竖炉直接还原炼铁系统及方法、一种具有均流器的还原立式竖炉、一种生产冷直接还原铁的气基竖炉、一种生产热直接还原铁的气基竖炉等22项发明专利和实用新型专利。

　　4 直接还原技术其他领域应用

　　4.1 处理伴生资源

　　利用氢气具有的强还原性的化学性能，采用竖炉还原反应器，以一定比例的还原气可对钒钛矿、钛铁矿、硼铁矿、低品位红土镍矿等进行还原，还原产品通过熔化分离可以实施铁、钒、钛、硼、镍等的有效分离。

　　目前已在实验室进行了钒钛矿资源的气基还原技术。

　　4.2 处理固体废弃物

　　赤泥是氧化铝生产过程中所产生的废弃物，含铝、铁及其他重金属盐类等成分，每生产1吨氧化铝约产生赤泥0.8吨-1.5吨，但赤泥的处理和综合利用始终是一个世界性难题。采用氢气还原技术进行还原，通过选矿处理，可提炼出50%-55%铁粉。目前已进行实验室进行了验证。硫酸渣是黄铁矿制硫酸工艺的残渣，一般含铁40%-55%，采用氢气还原技术提炼铁，是一种新途径，可以解决硫酸渣的回收，既解决硫酸渣环境堆放问题又可生产直接还原铁产品。

　　4.3 制取BaSO4新工艺

　　在日化行业传统的利用重晶石生产BaSO4都是采用煤基进行还原，一是规模小、成本高、产品质量不稳定;二是能耗高、污染大。发挥氢气良好的还原剂优势，采用氢气还原技术，利用竖炉工艺原理，将重晶石还原成BaS再生产BaSO4,生产高附加值的钡盐，解决轻化工行业制取硫酸钡的高污染、产能低的工艺。目前我们已给某日化企业提供了技术方案。

　　4.4 甲醇驰放气生产直接还原铁技术应用

　　在煤制甲醇企业存在着大量的甲醇驰放气，为了综合利用，我们和某煤化工研究单位进行了技术交流，针对甲醇驰放气的H2/CO=10-15用于生产直接还原铁进行了交流讨论，已经过核算，并给该单位提供了技术方案。

　　5 结语

　　随着国内首套还原铁项目的建成与投产，我们将不断积累建设经验、生产数据、技术数据、设计数据，不断优化完善气基还原竖炉设计，示范、引领、提升、夯实气基还原技术，有力支撑中国气基还原事业发展。