氣基直接還原煉鐵工藝的匯報(bào)材料之一

氣基直接復(fù)原煉鐵工藝的匯報(bào)材料之一-----煉鐵工藝未來的開展趨勢2021年01月2021年9月煉鐵工藝的分類高爐工藝非高爐煉鐵熔融還原直接還原COREXFINEXHismelt其它（DIOS等）氣基直接還原煤基直接還原MidrexHYLFinmet等回轉(zhuǎn)窯隧道窯轉(zhuǎn)底爐等一、煉鐵工藝分類OreYardCoalYardFineoreLumpyorePelletMiscellaneousSinterSinterPlantBFBurntLimeCokebreezeCokeSurgeBinCrusherBlendingBinCMCPPCIByProductPlantCOGPigIron,SlagBFGCDQ&QuenchingTowerPJTPJT1.高爐工藝流程鐵水與爐渣

塊礦/球團(tuán)/熔劑熱旋風(fēng)除塵器爐頂煤氣洗滌塔輸出煤氣還原豎爐熱還原氣煤冷煤氣粉塵洗滌塔氧氣熔融氣化爐

2.COREX熔融復(fù)原煉鐵工藝流程示意圖2021年9月寶鋼COREXC3000順利出鐵！COREXC3000鐵水鑄塊！COREXC3000鐵水裝罐！3.氣基直接復(fù)原2021年9月二、氣基直接復(fù)原是鋼鐵工業(yè)可持續(xù)開展的必然趨勢1.鋼鐵工業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)中主要的溫室氣體排放者之一傳統(tǒng)的鋼鐵行業(yè)其CO2的排放處于工業(yè)類中的第三位，是溫室氣體CO2的主要奉獻(xiàn)者之一；因此，國際鋼協(xié)承諾將采用新的煉鐵工藝、保證更高的能源利用率。24%其它5%紙漿、造紙、印刷5%食品和煙草5%機(jī)械7%有色金屬15%鋼鐵18%水泥23%化工、石油化工工業(yè)類21%鋼鐵工業(yè)的分工序能耗

傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程中的CO2排放源分布

2.傳統(tǒng)的煉鐵系統(tǒng)的能耗與CO2分別占到鋼鐵工業(yè)的67%、70%左右

3.傳統(tǒng)流程高爐煉鐵的嚴(yán)重缺陷CoalYardBurntLimeCokebreezeCokeSurgeBinCrusherBlendingBinCMCP2021年9月

3.傳統(tǒng)流程高爐煉鐵的嚴(yán)重缺陷BFGOreYardFineoreLumpyorePelletMiscellaneousSinterPlantBF2021年9月B.FSinterMachineWasteE.PMainBlowerStackMixerOreBinRodMillCrusherCoolerBoilerRoomE.PScreen

3.傳統(tǒng)流程高爐煉鐵的嚴(yán)重缺陷燒結(jié)排放低堿度燒結(jié)礦高堿度燒結(jié)礦燒結(jié)廢氣量4040~50Dust5060NOX3530~45SO2

25~5CO4550CO22530二惡英70654.傳統(tǒng)流程鐵前工序的污染情況1000ng＝1μg＝0.001mg=10-6g,1ng=10-9g工藝污染物排放潛在的環(huán)境影響燒結(jié)粉塵（包括PM10)、CO、CO2、SO2、NOX、二惡英、金屬、HCI/HF、固體廢物?？諝夂屯寥牢廴尽⒌孛娉粞?、酸雨、全球變暖、噪聲煉焦粉塵（包括PM10)、PAH、苯可溶物、NOX、VOCS、甲烷、二惡英、H2S、CN、揮發(fā)酚、固體廢物?？諝馔寥篮退廴尽⑺嵊辍⒌孛娉粞?、酸雨、全球變暖、氣味高爐粉塵（包括PM10)、H2S、CO、CO2、SO2、NOX、氰化物、固體廢物空氣土壤和水污染、酸雨、地面臭氧、全球變暖、氣味4.傳統(tǒng)流程鐵前工序的污染情況根據(jù)最新履行POPs國際公約SEPA會議，中國已經(jīng)開始履行減排二惡英的義務(wù)。初步統(tǒng)計(jì)全國共排放20--30公斤/年的二惡英，鋼鐵工業(yè)排放約2公斤?！踩毡荆?997：8.1kg，2003：0.4kg〕鋼鐵工業(yè)排放最多二惡英的工序：燒結(jié)：95%，轉(zhuǎn)爐：2.5%，電爐：2.5%歐洲、日本排放標(biāo)準(zhǔn)：0.1ng/標(biāo)米問題：濃度低、測量貴、治理難、投入多目前：中國無排放標(biāo)準(zhǔn)，主要靠防〔非治〕控制：方法：控制兩溫區(qū)、氧濃度、O/C比、停留時間、氯含量。4.傳統(tǒng)流程鐵前工序的污染情況5、傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程的本質(zhì)缺點(diǎn)生產(chǎn)流程中材料的碳含量變化4.5%0.10%0.20~0.80%0%1.0%生產(chǎn)流程中材料溫度的變化20℃1400℃1200℃1650℃1550℃1100℃30℃900℃20℃20℃550℃?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程的本質(zhì)缺點(diǎn)一、氣基直接復(fù)原是鋼鐵工業(yè)可持續(xù)開展的必然趨勢5、傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程的本質(zhì)缺點(diǎn)2021年9月由于傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程采用碳復(fù)原工藝，在鐵復(fù)原過程中碳和其它雜質(zhì)進(jìn)入鐵水，需要在后步煉鋼中采用氧化工藝脫碳、脫硅；又造成鋼水的氧化，需要在精煉過程中進(jìn)一步脫氧，形成夾雜物污染了鋼水。由于這一根本反響過程，造成鋼鐵生產(chǎn)流程長，工序復(fù)雜。5、傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程的本質(zhì)缺點(diǎn)氫冶金生產(chǎn)流程中產(chǎn)品碳含量、氧勢和溫度變化6、氫冶金或準(zhǔn)氫冶金—生產(chǎn)超純潔鋼的理想流程生產(chǎn)流程中產(chǎn)品氧勢的變化0.002%0.01%1%30%生產(chǎn)流程中產(chǎn)品碳含量的變化0.20~0.80%0%生產(chǎn)流程中溫度的變化20℃850℃1550℃1100℃700℃900℃20℃1650℃氫氣制鐵原料低過熱度澆鑄強(qiáng)化軋制高純煉鋼鋼水凈化連續(xù)退火一、氣基直接復(fù)原是鋼鐵工業(yè)可持續(xù)開展的必然趨勢2021年9月由于氫冶金防止了碳在復(fù)原過程中對鐵水的污染，改變了傳統(tǒng)流程中重復(fù)進(jìn)行氧化復(fù)原反響造成的鋼水污染問題，減少了重復(fù)加熱，降低了系統(tǒng)能耗。特點(diǎn)：用氫氣作為復(fù)原劑，流程縮短，產(chǎn)品潔凈度高，節(jié)能降耗，生產(chǎn)本錢低。6、氫冶金—生產(chǎn)超純潔鋼的理想流程7、氣基直接復(fù)原是替代傳統(tǒng)工藝流程的核心工藝之一完善傳統(tǒng)工藝裝備尋求替代傳統(tǒng)工藝流程的新工藝流程相互競爭,相互滲透,推動鋼鐵工業(yè)技術(shù)進(jìn)步鋼鐵工業(yè)發(fā)展的兩大趨勢

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煉鐵工藝名稱

復(fù)原劑

反響器類型

能耗

單爐產(chǎn)能

總產(chǎn)能

GJ/t鐵

萬t/a

萬t/a

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MIDREX

天然氣/合成氣

豎爐

11

180

3792

HYL

Ⅲ

天然氣/合成氣

豎爐

11

190

1170

FINMET

天然氣

流化床

14

50

200

轉(zhuǎn)底爐

煤\天然氣

轉(zhuǎn)底爐

15

14～50

200

高爐+燒結(jié)+煉焦

焦\煤

BF+燒結(jié)+煉焦

16.25

320～400

90000

(4000m3)

COREX

煤\焦

COREX

17

150

500

SL/RN回轉(zhuǎn)窯

煤

回轉(zhuǎn)窯

18

15

1440

隧道窯

煤

隧道窯

25～30

1～4

20

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﹡MIDREX

HYL

Ⅲ

氣基直接復(fù)原的能耗最低。8、氣基直接工藝是能耗最低的煉鐵工藝2021年9月﹡MIDREX

HYL

Ⅲ氣基直接復(fù)原鐵豎爐的利用系數(shù)已可到達(dá)162t/m2d,比大型高爐的最高產(chǎn)能〔70t/m2d〕高出1.31倍；而且具備規(guī)模化生產(chǎn)能力，HYL－Ⅲ單體爐能力已經(jīng)到達(dá)年產(chǎn)190萬噸的能力。項(xiàng)目HYL－Ⅲ豎爐MIDREX豎爐大型高爐小高爐COREXFINEXHISMELT工作壓力/MPa0.80.30.250.10.40.40.08最大產(chǎn)鐵能力/萬t/a1901704008015015060最大利用系數(shù)/t/m2d1621127063606050生產(chǎn)率比較2.31.61.00.90.90.90.7現(xiàn)有主要煉鐵工藝的生產(chǎn)率指標(biāo)比較9、氣基直接復(fù)原工藝是生產(chǎn)效率最高的煉鐵工藝一、氣基直接復(fù)原是鋼鐵工業(yè)可持續(xù)開展的必然趨勢2021年9月8種煉鐵工藝可持續(xù)性排序10、煉鐵工序的可持續(xù)性排名11、氣基直接復(fù)原是廢鋼社會儲量增長的需求近20年來直接復(fù)原鐵產(chǎn)能趨勢三、世界直接復(fù)原鐵開展的現(xiàn)狀

年

份

工藝方法

20092010201120122013MIDREX％59.959.760.560.5-HYL/Energiron％12.414.115.215.8-其他氣基％0.80.50.70.7-煤基直接還原％26.925.723.623.0-全球產(chǎn)量合計(jì)

Mt64.470.473.374.077.2世界直接復(fù)原鐵近年來各工藝產(chǎn)量世界DRI產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐占主導(dǎo)地位。

近20年來直接復(fù)原鐵產(chǎn)能趨勢2021年9月主要表現(xiàn)：氣基豎爐產(chǎn)量將繼續(xù)增加；2021年氣基豎爐產(chǎn)量占總產(chǎn)量的72.33%；印度、俄羅斯、中東等地區(qū)正在建設(shè)的氣基豎爐直接復(fù)原裝置。煤基直接復(fù)原由于能耗高、生產(chǎn)效率低、競爭力差將被淘汰。近20年來直接復(fù)原鐵產(chǎn)能趨勢1、為什么氣基直接還原未能在中國發(fā)展？中國大部份地區(qū)天然氣資源不足且價格昂貴；2000年以前選礦技術(shù)落后、缺乏高品質(zhì)的鐵料。高等級鋼材生產(chǎn)所占比例低，低等級鋼材對鋼鐵料的質(zhì)量要求不高；四、我國氣基直接復(fù)原鐵在中國開展緩慢的原因2021年9月精選前礦粉%精選后礦粉%球團(tuán)礦%TFe%SiO2%TFe%SiO2%-0.074mmFe回收率%TFe%SiO2%65.438.1870.441.8594>9668.451.9966.425.3870.091.7595>96--65.508.2570.621.4195>9768.551.8666.004.9169.521.64-325目70>9568.021.8566.004.9169.940.81-320目8092.4468.281.2667.375.8070.361.1898.6367.273.1765.508.3570.501.5892.0595.8068.251.4264.963.4769.391.2290.0096.86--64.963.4770.640.6090.0095.03--69.043.4769.191.4390.0098.3967.091.93五、阻礙中國開展氣基直接復(fù)原的兩大因素已經(jīng)當(dāng)然無存年份剩余可采儲量×１０８產(chǎn)量×１０８消費(fèi)量×１０８進(jìn)口量×１０８2006３.3594594-----20103.89201100～1200200～30020154.312001700～2000500～80020204.815002100～2500900～10002006年～2021年中國天然氣產(chǎn)量、消費(fèi)量增增長預(yù)測表氣基直接復(fù)原工藝復(fù)原氣主要來源于天然氣；我國是天然氣資源匱乏的國家；從對中國目前及未來天然氣的產(chǎn)量、消費(fèi)量的預(yù)測分析，使用天然氣作為直接復(fù)原的復(fù)原劑來源，困難較多，本錢較高。①在中國天然氣的潛在消費(fèi)量巨大，因此不可能作為復(fù)原氣體的來源。2、復(fù)原性氣體的來源的多樣化，已經(jīng)解決了中國復(fù)原氣體的來源。制氣方法H2%CO%CO2%CH4+CnHm%魯奇39242610兩段式286241BGL28549.10.6恩德爐4038192JLH-D直立爐566.252.125氣體成分H2%CO%H2+COCO2%CH4%N2焦?fàn)t煤氣60.45.766.13254.5HYIⅢ-ZR工藝還原氣53.911.365.23.222.95.32021年9月3)未來煉鋼的開展方式可以概括為直接復(fù)原鐵〔50%--100%〕+電爐煉鋼，即用100%的直接復(fù)原鐵或50%的熱高爐鐵，在電爐中煉鋼。到達(dá)提高能源利用率，資源利用率的效果。4)天然氣，焦?fàn)t煤氣，煤制氣，頁巖氣成為氣基豎爐直接復(fù)原煉鐵主要?dú)怏w資源。焦?fàn)t煤氣，煤制氣，頁巖氣將逐步代替天然氣，減少氣基豎爐直接復(fù)原對天然氣的依賴，進(jìn)一步降低直接復(fù)原鐵生產(chǎn)本錢。2021年9月5)根據(jù)國外生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料說明，生產(chǎn)直接復(fù)原鐵與高爐鐵比較，生產(chǎn)本錢降低40%，，節(jié)能30%，二氧化碳排放量減少38%，是我國鋼鐵工業(yè)走出“寒冬〞的必由之路。全世界傳統(tǒng)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)粗鋼的產(chǎn)能達(dá)10億多噸，占總產(chǎn)量90%以上，即高爐煉鐵的長流程仍占霸主地位。但實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)100%轉(zhuǎn)型，本人認(rèn)為至少需要幾十年。高爐流程的存在，為直接復(fù)原工藝提供大量焦?fàn)t煤氣資源，為高爐流程的鋼鐵廠中生產(chǎn)直接復(fù)原鐵，提供重要的氣體資源條件。在比較長的時間里，傳統(tǒng)的長流程與直接復(fù)原短流程在大型的聯(lián)合企業(yè)中并存，形成全新的鋼鐵流程。2021年9月1、氫冶金是解決二十世紀(jì)冶金問題的根本途徑，采用氫氣作為復(fù)原劑，不僅能徹底解決鋼鐵行業(yè)二氧化碳的排放、環(huán)境的污染問題，而且可以解決對鋼材內(nèi)部雜質(zhì)的污染問題，是21世紀(jì)新型鋼鐵工業(yè)的開展方向。2、隨著Midrex和HYL直接復(fù)原工藝的不斷進(jìn)步，通過富氫氣體和水蒸汽在重整爐中催化裂解生產(chǎn)復(fù)原氣，可以使復(fù)原氣中氫碳比到達(dá)〔H2／CO〕2.0或5.6～5.9的水平，大幅度的減少煉鐵過程中CO2的排放，國內(nèi)的煉鐵專家已經(jīng)將Midrex\HYLⅢ直接復(fù)原工藝定義為氫冶金或準(zhǔn)氫冶金。七、氣基直接復(fù)原煉鐵工藝與氫冶金天然氣焦?fàn)t氣項(xiàng)目消耗單價成本消耗單價成本球團(tuán)礦1.46480700.81.46480700.8氣體量3001.48405800.86499水1.31.01.31.31.01.3電1100.6661100.666氮?dú)?00.5400.416人工及管理1006萬元201006萬元20投資3億10年折舊1003.3億10年折舊100DRI價格17481403稅前毛利年毛利投資回收期工藝方法產(chǎn)量，萬噸占世界產(chǎn)量比，%MIDREX386259.93HYL/Energiron79912.40煤基回轉(zhuǎn)窯173326.89轉(zhuǎn)底爐00世界合計(jì)6444100.00八、世界直接復(fù)原工藝現(xiàn)狀1.2021年世界直接復(fù)原鐵生產(chǎn)各工藝的產(chǎn)量氣基豎爐產(chǎn)量將繼續(xù)增加；2021年氣基豎爐產(chǎn)量占總產(chǎn)量的72.33%；印度、俄羅斯、中東等地區(qū)正在建設(shè)的氣基豎爐直接復(fù)原裝置。2.世界DRI產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐占主導(dǎo)地位。

3.煤制氣-豎爐直接復(fù)原為直接復(fù)原鐵生產(chǎn)開辟了新途徑。4.回轉(zhuǎn)窯法近年來在印度得到開展。2021年，印度約300多條1.0～3.0萬噸/年的回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)行；DRI產(chǎn)量到達(dá)1620萬噸，占世界煤基回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的93.5%；使世界煤基回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量占世界DRI總產(chǎn)量26.89%。5.轉(zhuǎn)底爐是直接復(fù)原開展的熱點(diǎn)、流化床法開展受挫。轉(zhuǎn)底爐是直接復(fù)原開展的熱點(diǎn)，但至今未見有生產(chǎn)煉鋼用DRI實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道；已建成的流化床法工業(yè)化裝置產(chǎn)量僅為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的50%左右。流化床法占世界總產(chǎn)量缺乏1.0%。2021年9月2021年9月2021年9月2﹑Midrex直接復(fù)原工藝的根本原理天然氣的裂化鐵礦石的復(fù)原海綿鐵滲碳天然氣的裂化：CH4+H2O=CO+3H2CH4+CO2=2CO+2H2鐵礦石的復(fù)原反響:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O滲碳反響：Fe+2CO=Fe3C+CO2赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4天然氣CH4天然氣裂化還原氣CO+H2海綿鐵Fe+Fe3C爐頂氣CO+H2O++3﹑Midrex工藝流程的介紹工藝流程簡要介紹天然氣經(jīng)過煤氣預(yù)熱器預(yù)熱，然后進(jìn)入煤氣重整爐進(jìn)行裂化產(chǎn)生復(fù)原性氣體，復(fù)原性氣體由豎爐中間部位進(jìn)入爐內(nèi)與上部裝入的鐵料發(fā)生反響，形成海綿鐵，經(jīng)過滲碳反響與冷卻由下部排出。爐頂氣經(jīng)過凈化處理一局部用于重整爐的加熱，一局部返回重整爐參與氣體重整。鐵料的組成礦石或氧化球團(tuán)或氧化球團(tuán)+塊礦復(fù)原性氣體的主要成分CO+H2＞84%CH4＜5%H20＜2%CO2＜1%N2約0.5%2.HYL工藝的根本原理在催化劑的條件下天然氣與蒸汽的反響：CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2鐵礦石的復(fù)原反響:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4天然氣+水蒸氣CH4天然氣裂化復(fù)原氣CO+H2海綿鐵Fe+Fe3C爐頂氣CO+H2O++3.HYLⅢ法的工藝流程天燃?xì)馀c水蒸氣在重整爐中經(jīng)催化反響產(chǎn)生復(fù)原性氣體，復(fù)原性氣體從豎爐中下部進(jìn)入爐內(nèi)，與由上而下的鐵料發(fā)生復(fù)原反響，形成海綿鐵，爐頂氣經(jīng)脫除CO2、水蒸汽后與重整爐產(chǎn)生的復(fù)原氣混合作為新的復(fù)原氣循環(huán)使用。鐵料的組成礦石或氧化球團(tuán)或氧化球團(tuán)+塊礦復(fù)原氣體的主要成分脫除CO2H2COCO2H2OCH4N274%13%3.3%1.4%7.0%4.2%不脫除CO2H2COCO2H2OCH4N257%22%15%1.6%4.4%十二、HYLⅢ直接復(fù)原工藝特點(diǎn)及與MIDREX工藝的區(qū)別HYLⅢ制氣局部和復(fù)原局部相互獨(dú)立,MIDREX豎爐爐頂氣與天然氣混合，共同進(jìn)入重整爐制取復(fù)原氣，復(fù)原豎爐和制氣設(shè)備是相互聯(lián)系，互相影響的。而HYLⅢ豎爐爐頂氣經(jīng)脫水和脫二氧化碳后，直接與重整爐內(nèi)出來的氣體混合制成復(fù)原氣，復(fù)原設(shè)備和制氣設(shè)備相互獨(dú)立。因此HYLⅢ工藝具有以下特點(diǎn)：(1)HYLⅢ豎爐選擇配套的復(fù)原氣發(fā)生設(shè)備有很大的靈活性，除天然氣外，焦?fàn)t煤氣、煤發(fā)生氣、COREX尾氣等都可成為復(fù)原氣的原料氣；(2)重整爐處理氣量變小，每噸海綿鐵僅為475m3，這使HYLⅢ工藝重整爐體積小，造價低。而MIDREX工藝重整爐處理氣體體積為每噸海綿鐵1810m3；(3)可以處理硫含量較高的鐵礦。而MIDREX豎爐對鐵礦的硫含量有一定限制，否那么含硫爐頂氣進(jìn)入重整爐將造成裂解催化劑失效。⑷復(fù)原氣中氫氣含量高通過天然氣和水蒸汽在重整爐中催化裂解生產(chǎn)復(fù)原氣，因此復(fù)原氣中氫含量高，H2／CO為5.6～5.9，使HYLⅢ豎爐中復(fù)原氣和鐵礦石的反響為吸熱反響，入爐復(fù)原氣溫度較高，為930℃。而MIDREX工藝主要是天然氣和豎爐爐頂氣裂解制取復(fù)原氣，復(fù)原氣中氫含量相對較低，H2／CO為1.55，使MIDREX豎爐中復(fù)原氣和鐵礦石的反響是放熱反響，復(fù)原氣溫度不能太高，