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气基竖炉直接还原炼铁及我国发展现状介绍

作者:1发布时间:2022-05-09
 

气基竖炉还原炼铁
气基竖炉直接还原炼铁技术被称作温室气体减排的叶冶炼方法。该方法学主要是将传统的高炉焦炭炼铁方法改为,使用天然气等还原气体混合铁矿石用竖炉炼铁。从而实现从高炉-转炉长流程钢铁冶炼转换为电炉-短流程钢铁冶炼。下图为传统的高炉煤炭炼铁方式。

 

 

图1 高炉焦炭炼铁过程

 

高炉生产流程:高炉作业是将铁矿石、焦炭及助熔剂由高炉顶部加入炉内,再由炉下部鼓风嘴 鼓入高温热风,产生还原气体,还原铁矿石,产生熔融铁水与熔渣之炼铁制程。人们对传统的炼铁方式的印象是严重依赖于焦煤,冶金反应重复进行,焦化、烧结、高炉等铁前系统产生大量烟气、粉尘、温室气体排放及水污染,热效率低,能源浪费严重,对环境污染极高。为了减少焦炭高炉炼铁的繁杂过程,使用天然气等的气体作为能源的竖炉直接还原法蓬勃兴起。
如下图所示,图中所示是典型的米德雷克思(Midrex)法。

 


 

图2 气基竖炉还原炼铁过程

 

气基竖炉直接还原法即用气体燃料为能源和还原剂,在天然矿石(粉)或人造团块呈固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法。该方法具有容积利用率高、热效率高、生产率高等优点而成为非焦煤冶金工艺的主流技术,并可制得高纯度的海绵铁。我国的核证自愿减排项目方法学中,将气基竖炉直接还原炼铁技术纳入国家温室气体自愿减排方法学,鼓励相关生产单位使用该方法学进行生产。目前,我国也出台一些政策发展气基竖炉等非高炉炼铁方法,助力碳达峰碳中和。
 

气基竖炉项目建设方式

在现有产能或获得置换产能的情况下,可以选择建设气基竖炉的方式:

1. 在现有已有天然气(NG)、焦炉煤气(COG)、煤热解气等富甲烷气的条件下,以此为气源重整联产新建的气基竖炉直接还原工艺的项目。

2. 新建煤焦化或煤热解项目,同时以此富含甲烷的焦炉煤气、热解气重整联产气基竖炉直接还原工艺的项目。

3. 新建煤制气-气基竖炉直接还原炼铁工艺的项目。

4. 新建天然气-气基竖炉直接还原炼铁工艺的项目。

国际情况

 

放眼全球,直接还原铁工艺已经具有了广泛的应用,2020年世界直接还原铁(DRI)产量1.044亿吨,比2019年产量1.081亿吨,下降3.4%。印度和伊朗占据了世界50%的直接还原铁产量。这两个国家的还原铁产量都是千万吨级。目前,世界气基直接还原铁技术十分成熟,且主要以MIDREX和ENERGRON为主导。阿尔及利亚的一座Tosyali MIDREX工厂还原钢的年产就达到了250万吨,这样大型的还原炼钢厂是我国缺少的。我国目前还没有这种天然气基的竖炉炼钢工厂。虽然早在上世纪六十年代就开始进行相关研究,迄今我国的直接还原铁产能低年产量只有百万端吨级,而根据中国废钢铁应用协会估算我国直接还原铁年需求量应为千万吨级,因此我国急需发展直接还原铁技术,特别是气基直接还原铁技术。

 

 
国内现状

 

2020年12月,国内首台氢基竖炉正式投入生产。中晋冶金科技有限公司历经十年艰苦研发和技术整合,率先拥有了自主知识产权的CSDRI气基竖炉还原铁技术方案,破解了中国没有直接还原铁技术的困境。该氢基竖炉还原铁项目年产30万吨,并已经推出产品。

2月15日,宝钢湛江钢铁零碳示范工厂百万吨级氢基竖炉工程正式开工。该项目是国内首套百万吨级氢基竖炉,也是首套集成氢气和焦炉煤气进行工业化生产的直接还原生产线。项目预计2023年底建成,投产后每年可减少二氧化碳排放50万吨以上,也是后续国内自主集成并研发全氢冶炼技术的创新平台,对推动钢铁行业绿色低碳转型、推进钢铁新生态绿色化、促进区域清洁能源优化和经济发展具有重要意义。

河钢集团的下属公司张宣高科也进行了产能置换公示,建设两台55万吨,合111万吨每年的气基竖炉生产线。

黑龙江建龙等单位也在谋划中。

 

我国的钢铁厂可利用自产焦炉煤气和转炉煤气制备还原气,取代天然气用于直接还原炼铁,既可弥补我国天然气自愿不足、又填补了我国气基竖炉直接还原冶金的空白。且气基竖炉较传统钢铁厂的投入小,建设周期短,可制取优质海绵铁,适应性强,碳排放大大降低,是理想的碳中和战略下钢铁产业的转型升级方向。