中国发展煤制气-竖炉直接还原铁工艺浅析

2010-02-07   作者：佚名   网友评论 0 条

直接还原竖炉还原气制备技术的选择 

直接还原竖炉对还原气的要求 

    还原气要求还原性成分（H2+CO+CnHm）高，通常H2+CO应＞90%；氧化性成分（H2O+CO2）低，通常应满足H2O+CO2＜5%；惰性成分N2＜5%；还原气含硫低。另外，根据竖炉工艺要求的不同，还原气压力也应不同，MIDREX工艺入炉压力为0.13～0.20兆帕，HYL工艺入炉压力为0.50～0.55兆帕。直接还原竖炉吨产品的热耗为10.5GJ～12.0GJ，折算煤气的消耗量为850～1100立方米。对应于50～200万吨/年产能竖炉，单位时间煤气的需求量约为6～24×104立方米/时。 

煤制气技术 

    煤制气技术在化工生产中是成熟的通用技术，主要方法有固定床法（鲁齐法，多段床法）、流化床法（温克勒法，恩德法，鲁齐循环流化床法）、气流床法（水煤浆气流床法，如德士古法，多喷嘴水煤浆气化法；煤粉加压气化法，SHELL即壳牌法）等。除鲁齐循环流化床法外，其他工艺在我国均有大型化生产装置在运行。 

    采用高压气化是造成Texaco、Shell、Lurgi工艺投资高的主要原因。高压气化在化工合成中有明显优势，但对于进口最高压力仅需要0.6兆帕的直接还原竖炉，高压制气降压和回收压差的能量需要增添设备，造成工程投资回报率低，投资回收期过长（7年～9年）。因此，选择开发适合直接还原竖炉的煤制气方法是我国发展煤制气-竖炉直接还原的关键。 

    恩德粉煤气化技术是在德国温克勒技术的基础上，对温克勒炉进行了3项大的改造，并结合中国国情加以开发、完善的一种煤制气工艺。该技术对煤的适应性强、投资低，是可供直接还原选择的制气方法之一。 

还原气制备方法对煤的适应性 

    不同的制气方法对煤种及煤质的要求不同，除各种方法均要求所用的煤应有较高的发热值，灰、硫含量要低外，采用固态排渣的固定床法和流化床要求煤的灰熔点要高（>1350℃），而采用液态排渣的气流床法则要求煤的灰熔点要低（<1300℃）；另外，水煤浆气流床法（德士古法，多喷嘴水煤浆气化法）要求所用煤的水分含量尤其是内水含量应控制在较低的水平，以保证水煤浆的浓度等不同要求。因此，煤制气方法必须在煤的供应点确定、获得准确的煤质后才能进行选择。   

含铁原料的选择与制备 

    直接还原竖炉对所使用的铁矿原料，除要求有害元素含量低、铁品位高以外，还对含铁原料（块矿/球团）的物理性能和冶金性能的要求极为苛刻。（见下表） 

表：HYL直接还原竖炉用的球团/块矿的性能要求
一、化学成分,%     
TFe 尽可能高 尽可能高 
Fe2+ ≯1.0 ≯1.0 
Na2O+K2O ≯0.1 ≯0.1 
TiO2 ≯0.2 ≯0.2 
烧损(LOI) ≯1.5 ≯1.5 
二、物理性能     
粒度分布 +31.8mm,% 0 ≯5.0 
+15.9mm,%   ≯5.0 
－9.5mm,%   ≯15 
－6.3mm,% ≯1.0 ≯8.0 
－3.2mm,%   ≯2.0 
粉化特性,%   ≮20.0% 
机械强度：kg/个球 ≮200.0   
转鼓试验后+6.3mm比例,% ≮93.0 ≮90.0 
三、冶金性能     
还原性指数RI(800℃),% ≮3 ≮3 
RI(900℃),% ≮4 ≮4 
耐磨指数   ≯15 
低温粉化RDI6.5,% ≮80 ≮70 
RDI-3.2,% ≯10 ≯20 
未破碎的球团,% ≮60   


    在国际市场采购直接还原用块矿或球团，不仅价格远高于普通高炉用原料，且受到一些国家资源保护法令的限制，采购极其困难。天津钢管30万吨/年直接还原铁生产装置的生产经验证明：完全依靠国际市场采购，解决我国直接还原铁生产的原料供应问题是不现实、不可靠的。 

    近年来，东北大学通过大量的选矿、球团制备试验研究表明：我国国内铁矿资源中，有近50%的磁铁矿可以通过专用的精选工艺和精选机选别可以获得含铁品位＞70.0%、SiO2＜2.0%的直接还原专用高品位精矿。以获得的直接还原专用高品位精矿为原料，以国产的复合黏结剂或优质球团用皂土（膨润土）为黏结剂，采用链箅机-回转窑工艺，可以生产出满足直接还原竖炉要求的直接还原专用球团。 

    从成本估算可知，以国内高炉铁精矿为原料，经矿粉的细磨-精选-链箅机-回转窑生产直接还原专用氧化球团，成本低于进口球团的价格。更重要的是，以国内资源为基础组织生产供应可靠，并可减少因进口运输时间、进口批量问题造成的大量的财务费用，有利于降低运行费用。在具备资源、运输条件的地区建设直接还原专用球团生产装置，是我国发展直接还原铁的当务之急。