豎爐直接還原技術若干問題的探討分析

1、Beijing Shougang International Engineering Technology CO.,LTDIronmaking Engineering & Research InstituteMay 20142目目 錄錄-Presentation Outline氣基豎爐直接還原技術的發(fā)展氣基豎爐直接還原技術的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)狀氣基豎爐對含鐵原料的氣基豎爐對含鐵原料的要求要求還原氣的還原氣的選擇選擇生產(chǎn)生產(chǎn)運行成本運行成本結論結論23氣基氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-生產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模規(guī)模340324508494554605699597967226845644470377332740

2、2010002000300040005000600070008000200120022003200420052006200720082009201020112012產(chǎn)量產(chǎn)量 /萬噸萬噸年份年份20012012年世界直接還原鐵產(chǎn)量年世界直接還原鐵產(chǎn)量4氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模45氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-主流工藝主流工藝56氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-工程業(yè)績工程業(yè)績6工藝工藝國家國家生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力/(萬萬ta-1)投產(chǎn)時間投產(chǎn)時間/年年還原劑還原劑HYL-委內(nèi)瑞拉2752004天然氣ENERGIRON-ZR印度602009天然氣

3、ENERGIRON-阿聯(lián)酋1602009天然氣HYL-ZR阿聯(lián)酋202010天然氣HYL-委內(nèi)瑞拉802011天然氣ENERGIRON-阿聯(lián)酋1602011天然氣ENERGIRON-ZR埃及1952013天然氣ENERGIRON-埃及1902013天然氣ENERGIRON-ZR美國2502013天然氣ENERGIRON-ZR印度2502014合成氣合成氣/COGMIDREXMIDREXMIDREXMIDREXMIDREXMIDREX伊朗伊朗印度印度伊朗伊朗伊朗伊朗阿曼阿曼伊朗伊朗280150808015021502009/201020102010201120112012天然氣天然氣天然氣天然氣

4、天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣天然氣MIDREX巴基斯坦巴基斯坦1282012天然氣天然氣MIDREX印度印度1202013天然氣天然氣MIDREX伊朗伊朗802013天然氣天然氣MIDREX伊朗伊朗802013天然氣天然氣MIDREX印度印度1802013天然氣天然氣MIDREX埃及埃及1762013天然氣天然氣MIDREX伊朗伊朗1502013天然氣天然氣MIDREX巴林巴林1502013天然氣天然氣MIDREX俄羅斯俄羅斯180建設中建設中天然氣天然氣7氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-Midrex工藝工藝7Midrex工藝特點：工藝特點：u 采用采用CO2重整；無需

5、單獨的重整；無需單獨的CO2脫除系統(tǒng)脫除系統(tǒng);u H2/CO= 1.5-1.7，還原氣為類，還原氣為類CO氣體；氣體；u 獨立的獨立的高溫重整爐進行高溫重整爐進行催化重整催化重整;u 豎爐豎爐內(nèi)的操作壓力約為內(nèi)的操作壓力約為0.2-0.3MPa。8氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-MXCOL(氣化爐煤氣）氣化爐煤氣）8O2清潔清潔COG預熱器預熱器熱反應器熱反應器9氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-ENERGIRON工藝工藝9ENERGIRON工藝特點：工藝特點：u 采用水蒸汽重整；采用水蒸汽重整；u H2/CO可達可達5.6，還原氣為類，還原氣為類H2氣體；氣體；u 需需要要

6、單獨單獨的的CO2脫除脫除系統(tǒng)系統(tǒng);u 無需高溫無需高溫重整重整爐，采用自重整爐，采用自重整;u 豎爐豎爐內(nèi)的操作壓力約內(nèi)的操作壓力約為為0.60.8MPa。10 氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-ENERGIRON工藝工藝11氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化11u 裝置裝置的的大型化大型化-在本世紀初最顯著的技術特征在本世紀初最顯著的技術特征200,000500,000800,0001,200,000 1,600,000 2,000,000 2,500,0003,000,000下一個目標下一個目標3,000,000下一個目標Plant C

7、apacity t/y設備年生產(chǎn)能力設備年生產(chǎn)能力t/yu NUCOR Steel USAu 美國紐柯鋼公司美國紐柯鋼公司u 年生產(chǎn)能力保證值：年生產(chǎn)能力保證值：u 2,500,000 tpy12u 生產(chǎn)效率的提高生產(chǎn)效率的提高-提供反應提供反應溫度溫度 氣體溫度提高的制約因素：氣體溫度提高的制約因素： 加熱器材質(zhì)加熱器材質(zhì)-加氧加氧 球團粘結球團粘結-原料球團的噴涂原料球團的噴涂氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化1213氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀-技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化13u 工藝流程的簡化工藝流程的簡化-自重整技術自重

8、整技術020040060080010001980198619951998Reformed Gas (Nm3/t DRIH2OwaterN.G.Original1980waterN.G.H2OCO2 1986年：引入了CO2脫除技術N.G.H2OOxygenCO2 1995年：引入了噴氧技術H2OOxygenCO2 N.G.1997年：ZR (Self-reforming) 實現(xiàn)了自重整。1999年：開發(fā)了DRI熱送技術（HYL-HYTEMP技術），并在墨西哥蒙特雷4M廠投入生產(chǎn)。14u 對原燃料條件的適應性提高對原燃料條件的適應性提高-多種氣源選擇多種氣源選擇氣基豎爐技術發(fā)展現(xiàn)狀氣基豎爐技術發(fā)

9、展現(xiàn)狀-技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化1415 氣氣基豎爐工藝對基豎爐工藝對含鐵原料的含鐵原料的要求要求-球團（塊礦）球團（塊礦）項項 目目球團球團塊礦塊礦高爐球團（高爐球團（3000m3級高爐）級高爐）TFe/ %676664FeO/ %1.0-1.5Na2O+K2O/ %0.10.10.1TiO2/ %0.20.2-LOI/ %-1.5-氣孔率/ %20-壓潰強度/ kN球-12000-2000轉鼓指數(shù)（+6.3mm）/ %939090落下強度（+6.3mm）/ %9590-還原指數(shù)/ % 80033-95044-膨脹指數(shù)/ %10-15低溫還原粉化率/ % +6.3 mm80708

10、5(+3.15mm)-3.2 mm1020-未破損球團/ %60-16 氣氣基豎爐基豎爐工藝對還原氣的工藝對還原氣的選擇選擇-常規(guī)天然氣常規(guī)天然氣u 常規(guī)天然氣常規(guī)天然氣 我國的能源結構以煤炭我國的能源結構以煤炭為為主主，資源特點是，資源特點是“富煤、缺油富煤、缺油、少氣、少氣”，2012年我國天然氣年我國天然氣對外依存度達到對外依存度達到29%。我國天。我國天然氣產(chǎn)量和儲量均難以滿足發(fā)然氣產(chǎn)量和儲量均難以滿足發(fā)展氣基直接還原的需要。展氣基直接還原的需要。17氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-頁巖氣頁巖氣17從從2005年到年到2010年美國的頁巖氣產(chǎn)量增長了近年美國的頁巖

11、氣產(chǎn)量增長了近6倍，達倍，達到到1378億億m3，受美國成功開發(fā)頁巖氣的影響，全球頁受美國成功開發(fā)頁巖氣的影響，全球頁巖氣勘探開發(fā)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。巖氣勘探開發(fā)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。18氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-頁巖氣頁巖氣1819氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-頁巖氣頁巖氣1920氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-頁巖氣頁巖氣202013年中國頁巖氣產(chǎn)量僅年中國頁巖氣產(chǎn)量僅2億方億方，占，占天然氣天然氣總產(chǎn)量（總產(chǎn)量（1210億方億方）的的比例還不到比例還不到1%，遠低于美國的，遠低于美國的39%和加拿大的和加拿大的15%，中

12、國，中國頁頁巖氣巖氣“十二五十二五”規(guī)劃要求規(guī)劃要求2015年實現(xiàn)年產(chǎn)年實現(xiàn)年產(chǎn)65億億方，方，2020年生產(chǎn)年生產(chǎn)600億至億至1000億億立方米。立方米。中國的頁巖氣資源條件差，表現(xiàn)為藏儲層埋深大、豐度低、開中國的頁巖氣資源條件差，表現(xiàn)為藏儲層埋深大、豐度低、開采難度大，開采成本約為美國的采難度大，開采成本約為美國的2-4倍。倍。21氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-煤層煤層氣氣21u 煤層氣在中國已經(jīng)開采了煤層氣在中國已經(jīng)開采了20多年多年，比，比頁巖頁巖氣開發(fā)氣開發(fā)技術更加成熟。技術更加成熟。u 全球全球埋深淺于埋深淺于2000m的煤層氣資源約為的煤層氣資源約為24

13、0萬萬億億m3，是常規(guī)天然，是常規(guī)天然氣探明儲量氣探明儲量的的2倍倍多，中國淺煤層氣資源量預計達多，中國淺煤層氣資源量預計達36.8萬億萬億m3，居世界第三居世界第三位，其中位，其中80%以上儲量和產(chǎn)量來自山西省以上儲量和產(chǎn)量來自山西省。u 煤層氣煤層氣資源特點：資源特點：“低壓、低滲、低飽和低壓、低滲、低飽和”、地質(zhì)構造復雜，、地質(zhì)構造復雜，難采難采資源量資源量占總量占總量的的70%-80%，單，單井產(chǎn)氣量低，成本效益倒掛井產(chǎn)氣量低，成本效益倒掛，部，部分分煤層氣開采企業(yè)的經(jīng)濟效益并不顯著；受管網(wǎng)建設落后的影響煤層氣開采企業(yè)的經(jīng)濟效益并不顯著；受管網(wǎng)建設落后的影響“商品氣商品氣”只占到不足開

14、采量的一半，只占到不足開采量的一半，2012年年總利用率僅為總利用率僅為41.53%，按照我國煤層氣，按照我國煤層氣“十二五十二五”發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展規(guī)劃，2015年我國煤層年我國煤層氣產(chǎn)量目標為氣產(chǎn)量目標為300億億m3，但，但受上述因素受上述因素的制約，煤層氣的發(fā)展面的制約，煤層氣的發(fā)展面臨一系列臨一系列難題。難題。22氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-煤制氣煤制氣22項項 目目魯奇法魯奇法恩德法恩德法德士古法德士古法殼牌法殼牌法氣化爐氣化爐固定床固定床沸騰床沸騰床氣流床氣流床氣流床氣流床煤種煤種褐煤、煙煤褐煤、煙煤褐煤等褐煤等煙煤、無煙煤煙煤、無煙煤全部全部煤粉粒度煤粉粒

15、度5-75mm75m90%100m進料方式進料方式塊煤塊煤粉煤粉煤60%水煤漿水煤漿干煤粉干煤粉氣化壓力氣化壓力/MPa2.0-3.02.5-3.02.6-8.42.0-4.0氣化劑氣化劑氧氣氧氣+水蒸氣水蒸氣氧氣氧氣+水蒸氣水蒸氣氧氣氧氣純氧純氧+蒸汽蒸汽氧耗氧耗/(m31000-1m-3)140-240270380-430330-360煤耗煤耗/ (kg1000-1m-3)720678640600氣化溫度氣化溫度/900-10509501400-16001300-1400碳轉化率碳轉化率/%96-9890-959599.5煤氣中煤氣中CO+H2含量（體積分含量（體積分數(shù)）數(shù)）/%6039-

16、598090煤氣中煤氣中CH4含量（體積分數(shù)）含量（體積分數(shù)）/%9-1210.010.01煤氣中煤氣中H2/CO（體積分數(shù)）（體積分數(shù)）1.7-2.30.904-0.504-0.5凈化煤氣溫度凈化煤氣溫度/250-350300200-260350冷煤氣效率冷煤氣效率/%8072-7670-7680-85單爐氣化能力單爐氣化能力/（td-1）1800-20003000關鍵技術問題關鍵技術問題碳氫化合物的碳氫化合物的利用利用碳的轉化碳的轉化粗煤氣冷卻粗煤氣冷卻粗煤氣冷卻粗煤氣冷卻50萬萬t/a 直接還原廠配套煤制直接還原廠配套煤制氣裝置投資氣裝置投資/億元億元3.0-3.52.0-2.38-10

17、10-1223氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-煤制氣煤制氣23u 制約制約煤制氣煤制氣豎爐直接還豎爐直接還原技術發(fā)展的原技術發(fā)展的關鍵因素關鍵因素是是加壓煤制氣技術投資和運加壓煤制氣技術投資和運行成本過高行成本過高。u 除了煤制還原氣外，開展除了煤制還原氣外，開展煤制天然氣也是緩解我國煤制天然氣也是緩解我國天然氣供求矛盾的一天有天然氣供求矛盾的一天有效途徑。效途徑。24氣基豎爐工藝對還原氣的氣基豎爐工藝對還原氣的選擇選擇-焦爐煤氣焦爐煤氣24u 焦爐煤氣成分更宜作為豎爐還焦爐煤氣成分更宜作為豎爐還原氣；原氣；u 2012年焦炭產(chǎn)量年焦炭產(chǎn)量4.43億噸（億噸（2013年年

18、4.76億億噸）；其中獨立焦化企噸）；其中獨立焦化企業(yè)產(chǎn)量為業(yè)產(chǎn)量為3.12億噸，除去自用，億噸，除去自用，富余約富余約800億億m3焦爐煤氣；可利焦爐煤氣；可利用約用約200-260億億m3；u 生產(chǎn)生產(chǎn)1t直接還原鐵需直接還原鐵需COG540-620m3；u 進一步將高爐煤氣、轉爐煤氣進一步將高爐煤氣、轉爐煤氣燈低熱值煤氣置換和綜合利用燈低熱值煤氣置換和綜合利用，可以增加焦爐煤氣資源量。，可以增加焦爐煤氣資源量。25氣基豎爐氣基豎爐工藝工藝-生產(chǎn)運行成本生產(chǎn)運行成本25項項 目目單價單價/元元單耗單耗NG(COG)天然氣生產(chǎn)成本天然氣生產(chǎn)成本/（元（元t-1（DRI）焦爐煤氣生產(chǎn)成本焦爐煤

19、氣生產(chǎn)成本/（元（元t-1（DRI）原輔材料原輔材料 1538.511538.51球團礦球團礦/ (tt-1)11001.391529.001529.00MDEA溶液溶液/ (kgt-1)36.960.041.481.48涂層水泥涂層水泥/ (kgt-1)0.624.002.482.48其它化學品和消耗品其它化學品和消耗品/ (kgt-1)55.440.105.545.54燃料動力燃料動力 591.24349.59水水(/( m3t-1)7.601.30（1.90）9.8814.44電電/( kWht-1)0.3890.0(148.3)34.2056.35天然氣（焦爐煤氣）天然氣（焦爐煤氣）/

20、 (m3t-1)2.0(0.46)264.44(580.48)528.89267.02氮氣氮氣/ (m3t-1)0.1520.00（25.00）3.003.75氧氣氧氣/ (m3t-1)0.2950(25)14.507.25壓縮空氣壓縮空氣/ (m3t-1)0.076910.000.770.77工資及附加工資及附加 8.18.1修理費修理費 24.0024.00折舊折舊 76.0076.00其他費用其他費用 21.8419.40經(jīng)營成本經(jīng)營成本 2183.681939.59總成本總成本 2259.682015.5926氣基豎爐氣基豎爐工藝工藝-生產(chǎn)運行成本生產(chǎn)運行成本26u 參照參照2013年

21、上半年河北唐山地區(qū)的資源和能源平均年上半年河北唐山地區(qū)的資源和能源平均價格，對價格，對生產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模為規(guī)模為80萬萬t/a的直接還原工廠生產(chǎn)運行成本進行了分析測算；的直接還原工廠生產(chǎn)運行成本進行了分析測算；u 還原氣成本約占還原氣成本約占DRI生產(chǎn)成本的生產(chǎn)成本的10%-25%；u 使用焦爐煤氣生產(chǎn)使用焦爐煤氣生產(chǎn)DRI，其成本比使用天然氣降低約，其成本比使用天然氣降低約244.09元元/t。還原氣種類還原氣種類焦爐煤氣焦爐煤氣天然氣天然氣煤制氣煤制氣單價單價/(元元m-3)0.461.802.002.503.001.6總成本總成本/(元元t-1)2015.592206.262259.682393.242526.802377.61u 參照參照2013年年11月河北地區(qū)重型廢鋼不含稅價約為月河北地區(qū)重型廢鋼不含稅價約為2200元元/t，使用，使用焦爐煤氣生產(chǎn)焦爐煤氣生產(chǎn)DRI的效益為的效益為84.41元元/t；u 使用天然氣生產(chǎn)使用天然氣生產(chǎn)DRI，