焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵技術研究

焦爐煤氣生產(chǎn)直接復原鐵技術爭論一、技術背景。進展直接復原鐵生產(chǎn)是電爐鋼短流程進展的需要。我國鋼鐵產(chǎn)量已持續(xù)連年居世界第一名，但鋼鐵工業(yè)構造不合鋼資源缺乏，每一年的廢鋼入口量都在1000萬噸以上；另外，廢鋼份穩(wěn)固等特長，是進展鋼鐵生產(chǎn)短流程的根底。利用焦爐煤氣生產(chǎn)直接復原鐵是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。時能夠削減二氧化碳排放量(與煤基直接復原相較，噸鐵CO2排放量能夠從2023kg降低到400kg以下要求，是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。多余焦爐煤氣的存在為進展氣基直接復原供給了根本動力?！埠图訜釥t)1300得利用低熱值的煤制氣加熱焦爐〔或用于加熱爐，從而置換出部份煤氣的來源，為焦爐煤氣規(guī)?；a(chǎn)直接復原鐵供給了保障。焦爐煤氣利用方式的選擇。兩種途徑：燃料化和資源化。焦爐煤氣中CH4：25%?26%，H2:56%?%，H2發(fā)燒值僅為2580kCal/m3約為曱烷的四分之一，因此，將焦爐煤氣作發(fā)燒劑不盡合理。由于氫氣的復原潛能遠遠高于CO，因此將焦爐煤氣用作復原量更低，這使得其重整負荷減輕，耗氧量削減，能量消耗也降低。焦爐煤氣的利用應走資源化的道路。焦爐煤氣不同利用方式的投資收益比較。焦爐煤氣用于制氫或直接復原生產(chǎn)海綿鐵能夠取得最好的經(jīng)濟高產(chǎn)品附加值供給一條有利的途徑。二、焦爐煤氣自重整直接復原鐵生產(chǎn)工藝。國內(nèi)氣基直接復原技術的進展方向。主要包括：〔水煤漿氣化、粉煤氣化〕配豎爐工藝生產(chǎn)復原鐵技術方案：壓煤制氣技術的沖破。該方案需要有豐碩的自然氣資源做保障，而我國自然氣資源缺乏，而且，自然氣裂解工藝簡單、投資較大，因此，承受自然氣作為原料氣的氣基直接復原工藝在我國很貴重到進展。焦爐煤氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)復原氣配HYL工藝生產(chǎn)復原鐵技術方案。焦爐煤氣作為一種富氫氣源能夠用作優(yōu)質(zhì)復原氣生產(chǎn)直接復原最快實現(xiàn)工業(yè)化。自重整直接復原鐵生產(chǎn)工藝。MidrexHYL法為代而甲烷無法直接參與復原反映，需要第一將其轉(zhuǎn)化為H2CO2，因HYL1997年開頭領先完全取消了自然氣重整爐，實現(xiàn)了自然氣在豎爐內(nèi)的自重整〔Self-reforming)，焦爐煤氣、煤制氣等多種氣源的氣基復原工藝，即HYL-ZR工藝。HYL-ZR方案無法取得熱態(tài)的直和原鐵，從而無法實現(xiàn)熱態(tài)輸送。3、焦爐煤氣直接復原鐵進程中的關鍵技術問題及對策。80%的直接復原鐵生產(chǎn)是以自然氣為原料的，自然氣豎爐技術已經(jīng)超級成熟。焦爐煤氣與自然氣相較甲烷含量較低，氫氣含量高，更宜作為復原氣利用，但由于焦爐煤氣中雜質(zhì)(S、BTX)較多，因此如何凈化焦爐煤氣就成為其利用的關鍵。甲烷自重整技術。氣基直接復原一般要求復原氣氛中CO+H2 > 90%，CO2+H2O/(C02+H2+C0+H20)<5%20%以上的CH4，CH4度；另外，從充分利用能源的角度動身也需要將甲烷轉(zhuǎn)化加以利用，因此利用焦爐煤氣與自然氣一樣都需要進展原料氣體重整。在豎爐內(nèi)在高溫活性金屬鐵的催化下進展重整。提高溫度有利于曱烷重整〔水蒸氣重整〕1000℃時，曱烷的重整比較完全，因此要想實現(xiàn)豎爐內(nèi)的自重整，反映氣的溫度應大于1000℃。在氣基直接復原工藝中，受加熱爐材質(zhì)的影響，復原氣最高只能加熱到970℃，從1995年開頭HYL工藝O212-20m3，該技術利用了特別設計的燃燒器，借助自然氣的部份氧化使復原氣的溫度到達1085℃,氧氣噴入技術的進展最終使得自重整工藝得以實現(xiàn)。第一套承受HYL-ZR1998年4月在墨西哥的蒙特雷薄板廠建成投產(chǎn)，該裝置的運行實踐證明白曱烷自重整技術的可行性。S的影響。的分派問題.40%的硫在CO2吸附環(huán)節(jié)被去除，60%的硫進入直接復原鐵。氣體對加熱爐管壁的侵蝕問題。和氧化侵蝕。H2SS濃度超過管壁吸附力量從而形成Ni-S溶體和CrS等內(nèi)硫化物，從而破壞管壁造成侵蝕。直接復原工藝對S含量的要求。廠送出的焦爐煤氣進展脫硫，將煤氣中的H2S20mg/以下。焦爐煤氣中焦油、萘的影響。HYL-ZR力約5kPa，因此需要上煤氣增壓設施對焦爐煤氣進展加壓。由于焦爐煤氣中含有焦油≤50mg/，萘≤500mg/，因此在增壓的進程中會析50mg/10mg/以下。焦爐煤氣中BTX(苯、甲苯、二甲苯〕的影響。HYL-ZR直接復原工藝與利用自然氣相較，由于焦爐煤氣中含有BTX苯、甲苯、二曱苯混合物〔從焦化廠送出的焦爐煤氣中BTX<4000mg/)，而BTX對HYL-ZR工藝BTXHYL-ZR工藝可否打通的技術關鍵。HYL-ZRBTX分解。該方式已經(jīng)取得試驗室結果的支持，但通工業(yè)規(guī)模的運行效果也有待于進一步查驗。直接復原鐵熱態(tài)輸送技術〔HYTEMP)HYTEMPHYL-ZRO2噴入技術之外的另一項主要技術，該技術通過一個專用的氣體加熱裝置，將運載氣體〔工藝氣或N2)600700℃的直接復原鐵直接1998年在墨西哥的蒙特雷電爐廠投入工藝生產(chǎn)。通過直接復原濟效益，同時能夠削減溫室氣體排放。電爐利用熱態(tài)〔700°C)高碳DRI130kWh/t30%，20%。HYTEMP工藝產(chǎn)品具有高溫順高含碳量的特點，其優(yōu)勢主要體DRI的顯熱進展回收利用，有必要開發(fā)燒態(tài)DRI生產(chǎn)工藝。噸鋼耗電量和噸鋼本錢與金屬化率和碳含量等因素的關系。熱態(tài)DRI生產(chǎn)工藝及BTX裂解技術線路探討。的有前途的焦爐煤氣處置工藝應當能夠合理有效的利用二次BTX對復原工藝的危害，主要體此刻加熱和加壓進程中的析碳和焦油析出，因此，應在焦爐煤氣進入直接復原系統(tǒng)之前進展煤氣精制。方案一：〔650°C)置高溫裂解爐〔1200-1250°C)，使焦油、BTX等雜質(zhì)分解。方案二：果。方案三：BTX雜質(zhì)與甲烷相較，熱穩(wěn)固性差，更易發(fā)生重整反映，因此能夠考慮承受重整法對焦爐煤氣進展凈化處置。與方案一相像，的方式將焦爐煤氣由650℃左右上升至800-1000℃,在催化劑的作用蒸氣使焦爐煤氣中的焦油等大分子化合物優(yōu)先裂解而大部份甲烷并未分解。100%DRI電爐煉鋼。100%DRI為原料進展煉鋼生產(chǎn)實例，位于阿聯(lián)酋阿布扎比的ESI鋼鐵公司和米塔爾公司在墨西哥也有6個全100%DRI電爐煉鋼不存在技術1%40增加64千克，鐵損失約上升千克，因此電爐是不是承受100%DRI需要統(tǒng)籌考慮本錢問題。對球團原料的要求。由于HYL豎爐對球團礦的復原是在鐵礦石軟化溫度以下進展的HYL-ZRS、P、堿度等性能指標沒有特別要求?；瘜W性能：物理和機械性能：冶金性能：焦爐煤氣重整的方式。曱烷水蒸氣重整。CH4+H2O=3H2+COH2O+CO=H2+CO2

(1)(2)1H2/CO2重整后的H2/CO為5-7氣重整法。曱烷部份氧化重整。CH4+1/2O2=2H2+CO (3)90%以上的熱力學平衡轉(zhuǎn)化率，反映的H2/CO為。甲烷CO2重整.CH4+CO2=2H2+2CO CO2+H2=H2O+CO (5)該法能夠充分利用CO2，削減碳排放，反映的H2/CO約為2。反映產(chǎn)物的H2/CO對復原反映的影響。1/4Fe3O4(s)+H2=3/4Fe(s)+H2O(g) AGo= 〔6〕1/4Fe3O4(s)+CO=3/4Fe(s)+CO2 AGo=-9832+ 〔7〕H2/CO越高則復原系統(tǒng)的熱負荷也越高。反映溫度為90H2/CO對復原氣用量的影響。富氫氣體的熱力學利用率隨氫含量的增加而提高，因此提高H2/CO有利于提高復原氣的綜合利用率映，提高煤氣的H2/CO噸鐵復原需要的熱量增加，同時由于爐內(nèi)熱反映爐內(nèi)熱平衡和化學平衡之間的沖突打算了富氫氣體一次利用率極限的存在。自重整工藝入爐氣體溫度約1085℃，為了維持必定的反映溫度，復原氣的溫降就具有的必定的局限性。取氣體溫降為 250℃，當H2/CO=時，復原氣利用率接近熱力學利用率，約%;當H2/CO>時，復原氣的利用率快速降低，適宜的H2/CO應為1-2。目前，水蒸汽重整的氣體產(chǎn)物的H2/CO太高的H2/CO較難知足富氫煤氣復原的經(jīng)濟性要求假設對焦爐煤氣進展CO2重整能夠在不引入H2的前提下，增加CO的量有利于重整產(chǎn)物H2/CO的降低為此對焦爐煤氣CO2重整進程進展了熱力學模擬計算。焦爐煤氣CO2重整熱力學計算。典型焦爐煤氣成份：聯(lián)立：分壓總和方程，獨立反映的平衡常數(shù)方程元素原子摩爾量恒定方程對平衡態(tài)氣體組分含量進展計算。CH4CO2配入量的增加漸漸削減；CO2配入量>20%時，H2/CO<2，CO2配入量>30%時，開頭消滅H2O和CO2，甲烷的95%以上。不同CO2配加量對H2/CO的影響溫度對氣體產(chǎn)物的H2/COH2/CO快速降低。900CO2重整反映溫1000℃。H2/CO的影響壓力對CO2CH4的轉(zhuǎn)化，但系統(tǒng)壓力對復原氣體總量影響顯著。反映壓力對H2/CO的影響焦爐煤氣CO2重整與水蒸氣重整效果的比較。H2/CO的影響較小，H2/COCO2的配入量，通過轉(zhuǎn)變