1、气基直接还原炼铁工艺气基直接还原炼铁工艺的汇报材料之一的汇报材料之一-炼铁工艺未来的发展趋势炼铁工艺未来的发展趋势2016年年01月月2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂炼铁工艺的分类炼铁工艺的分类高炉工艺高炉工艺非高炉炼铁非高炉炼铁熔融还原熔融还原直接还原直接还原COREXFINEXHismelt其它（其它（DIOS等）等）气基直接还原气基直接还原煤基直接还原煤基直接还原MidrexHYLFinmet等等回转窑回转窑隧道窑隧道窑转底炉等转底炉等一、炼铁工艺分类一、炼铁工艺分类OreYardCoalYardFine oreLumpy orePelletMiscellaneousSinte
2、rSinter PlantBFBurnt LimeCoke breezeCokeSurge BinCrusherBlending BinCMCPPCIBy Product PlantCOGPig Iron,SlagBFGCDQ&Quenching TowerPJTPJTPJTPJT1.高炉工艺流程高炉工艺流程铁水与炉渣 块矿/球团/熔剂热旋风除尘器炉顶煤气洗涤塔输出煤气还原竖炉热还原气煤冷煤气粉尘洗涤塔氧气熔融气化炉2.2.COREXCOREX熔融还原炼铁工艺流程示意图熔融还原炼铁工艺流程示意图 2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂宝钢宝钢COREX C3000COREX C3000顺利
3、出铁顺利出铁！COREX C3000COREX C3000铁水铸块！铁水铸块！COREX C3000COREX C3000铁铁水装罐！水装罐！3.气基直接还原气基直接还原2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂二、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势二、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势1.钢铁工业是工业生产中主要的温室气体排放者之一钢铁工业是工业生产中主要的温室气体排放者之一 传统的钢铁行业其传统的钢铁行业其CO2的排放处于工业类中的第三位，是温室气体的排放处于工业类中的第三位，是温室气体CO2的的主要贡献者之一；因此，国际钢协承诺将采用新的炼铁工艺、保证更高的能源主要贡献者
4、之一；因此，国际钢协承诺将采用新的炼铁工艺、保证更高的能源利用率。利用率。24%其它5%纸浆、造纸、印刷5%食品和烟草5%机械7%有色金属15%钢铁18%水泥23%化工、石油化工工业类工业类21%2003年分工序能耗炼炼铁铁4 45 5.9 9%轧钢9.5%烧烧结结6 6.6 6%焦焦化化1 14 4.7 7%转炉2.3%电炉21.1%钢铁工业的分工序能耗钢铁工业的分工序能耗 传统钢铁生产流程中的传统钢铁生产流程中的CO2CO2排放源分布排放源分布 2.传统的炼铁系统的能耗与传统的炼铁系统的能耗与CO2分别占到钢铁工业的分别占到钢铁工业的67%、70%左右左右 高炉反应器的优点是热效率高、技术
5、完善，设备已大型化、长寿化，在今后高炉反应器的优点是热效率高、技术完善，设备已大型化、长寿化，在今后相当长时期内，高炉流程在我国将继续是主要产铁设备，继续占统治地位相当长时期内，高炉流程在我国将继续是主要产铁设备，继续占统治地位，我国我国已完全掌握现代先进高炉技术已完全掌握现代先进高炉技术。但是其缺陷也是非常明显：。但是其缺陷也是非常明显：高炉高炉冶炼离不开焦炭冶炼离不开焦炭，优质优质炼焦煤越来越少，炼焦煤越来越少，据权威人士的调查，我国目前的据权威人士的调查，我国目前的焦煤储量，按照现在的消耗速度，最多能满足焦煤储量，按照现在的消耗速度，最多能满足3040年的需求。年的需求。3.传统流程高炉
6、炼铁的严重缺陷传统流程高炉炼铁的严重缺陷CoalYardBurnt LimeCoke breezeCokeSurge BinCrusherBlending BinCMCP环境污染严重，特别是焦炉的水污染物粉尘排放、烧结的环境污染严重，特别是焦炉的水污染物粉尘排放、烧结的SO2SO2粉尘排放，高粉尘排放，高炉的炉的COCO2 2排放很高；排放很高；传统炼铁流程长，投资大；传统炼铁流程长，投资大；从铁、烧、焦全系统看重复加热、降温，增碳、脱碳，资源、能源循环使用从铁、烧、焦全系统看重复加热、降温，增碳、脱碳，资源、能源循环使用率低率低,热能利用不合理热能利用不合理。2014年9月中晋太行创新是企业
7、发展的灵魂3.传统流程高炉炼铁的严重缺陷传统流程高炉炼铁的严重缺陷BFGOreYardFine oreLumpy orePelletMiscellaneousSinter PlantBF2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂3.传统流程高炉炼铁的严重缺陷传统流程高炉炼铁的严重缺陷烧结排放烧结排放低碱度烧结矿低碱度烧结矿高碱度烧结矿高碱度烧结矿烧结废气量404050Dust5060NOX353045SO2255CO4550CO22530二恶英70654.传统流程铁前工序的污染情况传统流程铁前工序的污染情况1000ng1g0.001mg=10-6g,1 ng=10-9g工艺工艺污染物排放污染物
8、排放潜在的环境影响潜在的环境影响烧结粉尘（包括PM10)、CO、CO2、SO2、NOX、二恶英、金属、HCI/HF、固体废物。空气和土壤污染、地面臭氧、酸雨、全球变暖、噪声炼焦粉尘（包括PM10)、PAH、苯可溶物、NOX、VOCS、甲烷、二恶英、H2S、CN、挥发酚、固体废物。空气土壤和水污染、酸雨、地面臭氧、酸雨、全球变暖、气味高炉粉尘（包括PM10)、H2S、CO、CO2、SO2、NOX、氰化物、固体废物空气土壤和水污染、酸雨、地面臭氧、全球变暖、气味4.传统流程铁前工序的污染情况传统流程铁前工序的污染情况 根据最新履行根据最新履行POPsPOPs国际公约国际公约SEPASEPA会议，中
9、国已经开始履行减排会议，中国已经开始履行减排二恶英二恶英的义务。的义务。初步统计全国共排放初步统计全国共排放20-30公斤公斤/年的二恶英，钢铁工业排放约年的二恶英，钢铁工业排放约2公斤。公斤。（日本：（日本：1997：8.1kg，2003：0.4kg）钢铁工业排放最多二恶英的工序：钢铁工业排放最多二恶英的工序：烧结：烧结：95%，转炉：，转炉：2.5%，电炉：电炉：2.5%欧洲、日本排放标准：欧洲、日本排放标准：0.1ng/标米标米 问题：浓度低、测量贵、治理难、投入多问题：浓度低、测量贵、治理难、投入多 目前：中国无排放标准，主要靠防（非治）控制：目前：中国无排放标准，主要靠防（非治）控制
10、：方法：控制两温区、氧浓度、方法：控制两温区、氧浓度、O/C比、停留时间、氯含量。比、停留时间、氯含量。4.传统流程铁前工序的污染情况传统流程铁前工序的污染情况5 5、传统钢铁生产流程的本质缺点、传统钢铁生产流程的本质缺点特点：特点：以碳作为还原剂，流程长、投资大、成本高以碳作为还原剂，流程长、投资大、成本高1400传统钢铁生产流程的本质缺点传统钢铁生产流程的本质缺点一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势5 5、传统钢铁生产流程的本质缺点、传统钢铁生产流程的本质缺点2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂 由于传统钢铁生产流程采用碳还原工
11、艺，在铁还原过程中碳和其它杂由于传统钢铁生产流程采用碳还原工艺，在铁还原过程中碳和其它杂质进入铁水，需要在后步炼钢中采用氧化工艺脱碳、脱硅；又造成钢水质进入铁水，需要在后步炼钢中采用氧化工艺脱碳、脱硅；又造成钢水的氧化，需要在精炼过程中进一步脱氧，形成夹杂物污染了钢水。由于的氧化，需要在精炼过程中进一步脱氧，形成夹杂物污染了钢水。由于这一基本反应过程，造成钢铁生产流程长，工序复杂。这一基本反应过程，造成钢铁生产流程长，工序复杂。5 5、传统钢铁生产流程的本质缺点、传统钢铁生产流程的本质缺点氢冶金生产流程中产品碳含量、氧势和温度变化氢冶金生产流程中产品碳含量、氧势和温度变化生产流程中产品氧势的变
12、化0.002%0.01%1%30%生产流程中产品碳含量的变化0.200.80%0%生产流程中温度的变化2085015501100700900201650氢气制铁原料低过热度浇铸强化轧制高纯炼钢钢水净化连续退火一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂 由于氢冶金避免了碳在还原过程中对铁水的污染，改变了传统流程由于氢冶金避免了碳在还原过程中对铁水的污染，改变了传统流程中重复进行氧化还原反应造成的钢水污染问题，减少了重复加热，降低中重复进行氧化还原反应造成的钢水污染问题，减少了重复加热，降低了系统能耗。了系
13、统能耗。特点：用氢气作为还原剂，流程缩短，产品洁净度高，节能降耗，生产特点：用氢气作为还原剂，流程缩短，产品洁净度高，节能降耗，生产成本低。成本低。7、气基直接还原是替代传统工艺流程的核心工艺之一、气基直接还原是替代传统工艺流程的核心工艺之一完善传统工艺装备寻求替代传统工艺流程的新工艺流程相互竞争,相互渗透,推动钢铁工业技术进步钢铁工业钢铁工业发展的两发展的两大趋势大趋势 炼铁工艺名称 还原剂 反应器类型 能耗 单炉产能 总产能 GJ/t铁 万t/a 万t/a MIDREX 天然气/合成气 竖炉 11 180 3792 HYL 天然气/合成气 竖炉 11 190 1170 天然气 流化床 14
14、 50 200 转底炉 煤天然气 转底炉 15 1450 200 高炉+烧结+炼焦 焦煤 BF+烧结+炼焦 16.25 320400 90000 (4000m3)COREX 煤焦 COREX 17 150 500 SL/RN回转窑 煤 回转窑 18 15 1440 隧道窑 煤 隧道窑 2530 14 20 MIDREX HYL 气基直接还原的能耗最低。气基直接还原的能耗最低。8、气基直接工艺是能耗最低的炼铁工艺、气基直接工艺是能耗最低的炼铁工艺2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂MIDREX HYLMIDREX HYL气基气基直接还原铁竖炉的利用系数已可达到直接还原铁竖炉的利用系数已可达
15、到162t/m162t/m2 2d,d,比比大型高炉的最高产能（大型高炉的最高产能（70t/m70t/m2 2d d）高出）高出1.311.31倍；而且具备规模化生产能力，倍；而且具备规模化生产能力，HYLHYL单体炉能力已经达到年产单体炉能力已经达到年产190190万吨的能力万吨的能力。现有主要炼铁工艺的生产率指标比较现有主要炼铁工艺的生产率指标比较9、气基直接还原工艺是生产效率最高的炼铁工艺、气基直接还原工艺是生产效率最高的炼铁工艺一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂8种炼铁工艺可持续性排序1
16、0、炼铁工序的可持续性排名、炼铁工序的可持续性排名 目前，我国的钢铁蓄积量大约为60 亿吨。专家预测“十二五”期末我国的钢铁蓄积量的将达到90 亿吨，可以预见，不久以后我国钢铁工业使用废钢的比例将快速上升，对纯净的铁源直接还原铁的需求将会有爆发性增长。受到资源的制约,我国直接还原铁产量不到全球直接还原铁(DRI)产量的1.5%，中国的DRI 产量不到高炉生铁产量的千分之二。2011 年全世界大型竖炉直接还原法生产的DRI 所占比例超过73%，而中国仍然为零。我国的回转窑直接还原铁生产技术缺乏市场竞争力11、气基直接还原是废钢社会储量增长的需求 气基直接还原炼铁工艺的产品气基直接还原炼铁工艺的产
17、品海绵铁用于电炉冶炼的优势海绵铁用于电炉冶炼的优势（1）直接还原铁是废钢的替代品。废钢和直接还原铁是目前唯一可替代铁矿石炼钢的大宗冶金原料，发展直接还原铁产业和废钢铁产业可缓解进口铁矿石瓶颈的矛盾。钢铁生产的短流程逐步替代长流程，是世界钢铁工业发展的必然趋势。短流程炼钢的炉料结构为废钢铁+直接还原铁，直接还原铁和废钢铁同属朝阳产业。钢铁产品的升级换代，钢材内在质量的提升，不仅需要“精品废钢”，也离不开高纯度的直接还原铁。直接还原铁技术与高炉炼铁技术相比，具有节能减排降碳的特性，符合建设“两型”社会的基本国策。直接还原铁的优势主要体现在以下三个方面：（1 1）杂质含量低杂质含量低 S S、P P
18、和残余元素的含量很低，可以保证钢液的成分均匀，使用的和残余元素的含量很低，可以保证钢液的成分均匀，使用的过过 程程中不会产生环境污染。中不会产生环境污染。（2 2）实现实现炉料热装炉料热装 减少减少电炉电力需求量电炉电力需求量I20I2014OkWh14OkWht t；降低降低电炉电极消耗电炉电极消耗0 50 50 06kg6kg；降低降低耐火材料损耗；耐火材料损耗；（3 3）生产生产灵活。灵活。电炉电炉停产时，直接还原设备能继续生产：直接还原殳备停产时电停产时，直接还原设备能继续生产：直接还原殳备停产时电炉能用库存的直接还原铁或热压块铁生产；剩余直接还原铁或热压块炉能用库存的直接还原铁或热压
19、块铁生产；剩余直接还原铁或热压块铁可供出售。铁可供出售。近近20年来直接还原铁产能趋势年来直接还原铁产能趋势三、世界直接还原铁发展的现状三、世界直接还原铁发展的现状 年 份 工艺方法 20092010201120122013MIDREX 59.959.760.560.5-HYL/Energiron 12.414.115.215.8-其他气基 0.80.50.70.7-煤基直接还原 26.925.723.623.0-全球产量合计 Mt 64.470.473.374.077.2世界直接还原铁近年来各工艺产量世界直接还原铁近年来各工艺产量世界DRI产量持续增加，气基竖炉占主导地位。近近20年来直接还
20、原铁产能趋势年来直接还原铁产能趋势2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂主要表现：主要表现：气基竖炉产量将继续增加；气基竖炉产量将继续增加；20132013年气基竖炉产量占总产量的年气基竖炉产量占总产量的72.33%72.33%；印度、俄罗斯、中东等地区正在建设的气基竖炉直接还原装置。印度、俄罗斯、中东等地区正在建设的气基竖炉直接还原装置。煤基直接还原由于能耗高、生产效率低、竞争力差将被淘汰。煤基直接还原由于能耗高、生产效率低、竞争力差将被淘汰。近近20年来直接还原铁产能趋势年来直接还原铁产能趋势1 1、为什么气基直接还原未能在中国发展？、为什么气基直接还原未能在中国发展？u中国大部份地区
21、天然气资源不足且价格昂贵；中国大部份地区天然气资源不足且价格昂贵；u20002000年以前选矿技术落后、缺乏高品质的铁料。年以前选矿技术落后、缺乏高品质的铁料。u高等级钢材生产所占比例低，低等级钢材对钢铁料的质量要求不高；高等级钢材生产所占比例低，低等级钢材对钢铁料的质量要求不高；四、我国气基直接还原铁在中国发展缓慢的原因四、我国气基直接还原铁在中国发展缓慢的原因2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂精选前矿粉精选前矿粉%精选后矿粉精选后矿粉%球团矿球团矿%TFe%SiO2%TFe%SiO2%-0.074mmFe回收率%TFe%SiO2%65.438.1870.441.85949668.4
22、51.9966.425.3870.091.759596-65.508.2570.621.41959768.551.8666.004.9169.521.64-325目709568.021.8566.004.9169.940.81-320目8092.4468.281.2667.375.8070.361.1898.6367.273.1765.508.3570.501.5892.0595.8068.251.4264.963.4769.391.2290.0096.86-64.963.4770.640.6090.0095.03-69.043.4769.191.4390.0098.3967.091.931、
23、随着选矿技术的进步，获取高品质的矿不再是发展气基直接还原、随着选矿技术的进步，获取高品质的矿不再是发展气基直接还原的瓶颈。下表是对国内部分矿粉精选的结果，的瓶颈。下表是对国内部分矿粉精选的结果，50%以上的矿粉都可以上的矿粉都可以满足要求。以满足要求。五、阻碍中国发展气基直接还原的两大因素已经当然无存五、阻碍中国发展气基直接还原的两大因素已经当然无存年份剩余可采储量产量消费量进口量2006.3594594-20103.89201100120020030020154.312001700200050080020204.815002100250090010002006年年2020年中国天然气产量、消
24、费量增增长预测表年中国天然气产量、消费量增增长预测表u气基直接还原工艺还原气主要来源于天然气；气基直接还原工艺还原气主要来源于天然气；u我国是天然气资源匮乏的国家；我国是天然气资源匮乏的国家；u从对中国目前及未来天然气的产量、消费量的预测分析，使用天然气作为从对中国目前及未来天然气的产量、消费量的预测分析，使用天然气作为 直接还原的还原剂来源，困难较多，成本较高。直接还原的还原剂来源，困难较多，成本较高。在中国天然气的潜在消费量巨大，因此不可能作为还原气体的来源。在中国天然气的潜在消费量巨大，因此不可能作为还原气体的来源。2、还原性气体的来源的多样化，已经解决了中国还原气体的来源。、还原性气体
25、的来源的多样化，已经解决了中国还原气体的来源。随着煤层气的开发、煤制气尤其是部分制气技术（干馏气）的进步，随着煤层气的开发、煤制气尤其是部分制气技术（干馏气）的进步，获取还原性气体的途径多样化，不再是气基直接还原的限制性环节。获取还原性气体的途径多样化，不再是气基直接还原的限制性环节。制气方法制气方法H H2 2%CO%CO%COCO2 2%CHCH4 4+C+Cn nH Hm m%鲁奇39242610两段式286241BGL28549.10.6恩德炉4038192JLH-D直立炉566.252.125气体成分气体成分H H2 2%CO%CO%H H2 2+CO+COCOCO2 2%CHCH4
26、 4%N N2 2焦炉煤气60.45.766.13254.5HYI-ZR工艺还原气53.911.365.23.222.95.32、随着技术的进步、获取还原性气体不再是限制环节。、随着技术的进步、获取还原性气体不再是限制环节。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂1)墨西哥墨西哥HYL公司提出的公司提出的HYL/Energiron工艺直接使用焦炉煤气、工艺直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为还原气的技术及南非以合成气、煤制气为还原气的技术及南非以COREX还原尾气作为还原尾气作为Midrex竖炉还原气工艺为气基直接还原工艺的进一步发展开辟了竖炉还原气工艺为气基直接还原工艺的进一步发展开辟了广阔
27、的前景，使得竖炉直接还原工艺不再受天然气资源的制约。广阔的前景，使得竖炉直接还原工艺不再受天然气资源的制约。2)未来炼铁技术的发展方式，可以概括为球团未来炼铁技术的发展方式，可以概括为球团+直接还原铁。即直接还原铁。即铁精矿铁精矿100%生产球团矿，用生产球团矿，用100%的球团生产直接还原铁，可以的球团生产直接还原铁，可以减少高炉炼铁对焦炭的依赖和高炉炼铁高能耗，高成本，高污染减少高炉炼铁对焦炭的依赖和高炉炼铁高能耗，高成本，高污染的弊病。的弊病。六、六、气基直接还原炼铁工艺技术进步情况气基直接还原炼铁工艺技术进步情况3)3)未来炼钢的发展方式可以概括为直接还原铁（未来炼钢的发展方式可以概括
28、为直接还原铁（50%-100%50%-100%）+电电炉炼钢，即用炉炼钢，即用100%100%的直接还原铁或的直接还原铁或50%50%的热高炉铁，在电炉中炼钢。的热高炉铁，在电炉中炼钢。达到提高能源利用率，资源利用率的效果。达到提高能源利用率，资源利用率的效果。4)4)天然气，焦炉煤气，煤制气，页岩气成为气基竖炉直接还原炼铁天然气，焦炉煤气，煤制气，页岩气成为气基竖炉直接还原炼铁主要气体资源。焦炉煤气，煤制气，页岩气将逐步代替天然气，减主要气体资源。焦炉煤气，煤制气，页岩气将逐步代替天然气，减少气基竖炉直接还原对天然气的依赖，进一步降低直接还原铁生产少气基竖炉直接还原对天然气的依赖，进一步降低
29、直接还原铁生产成本成本。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂5)5)根据国外生产统计资料表明，生产直接还原铁与高炉铁比较，根据国外生产统计资料表明，生产直接还原铁与高炉铁比较，生产成本降低生产成本降低40%40%，节能，节能30%30%，二氧化碳排放量减少，二氧化碳排放量减少38%38%，是我国，是我国钢铁工业走出钢铁工业走出“寒冬寒冬”的必由之路。全世界传统的钢铁联合企业的必由之路。全世界传统的钢铁联合企业粗钢的产能达粗钢的产能达10 10 亿多吨，占总产量亿多吨，占总产量90%90%以上，即高炉炼铁的长流以上，即高炉炼铁的长流程仍占霸主地位。但实现钢铁工业程仍占霸主地位。但实现钢铁工
30、业100%100%转型，本人认为至少需要转型，本人认为至少需要几十年。高炉流程的存在，为直接还原工艺提供大量焦炉煤气资几十年。高炉流程的存在，为直接还原工艺提供大量焦炉煤气资源，为高炉流程的钢铁厂中生产直接还原铁，提供重要的气体资源，为高炉流程的钢铁厂中生产直接还原铁，提供重要的气体资源条件。在比较长的时间里，传统的长流程与直接还原短流程在源条件。在比较长的时间里，传统的长流程与直接还原短流程在大型的联合企业中并存，形成全新的钢铁流程。大型的联合企业中并存，形成全新的钢铁流程。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂1、氢冶金是解决二十世纪冶金问题的根本途径，采用氢气作为还原剂，不仅能彻底解
31、决钢铁行业二氧化碳的排放、环境的污染问题，而且可以解决对钢材内部杂质的污染问题，是21世纪新型钢铁工业的发展方向。2、随着Midrex和HYL直接还原工艺的不断进步，通过富氢气体和水蒸汽在重整炉中催化裂解生产还原气，可以使还原气中氢碳比达到（H2CO）2.0或5.65.9的水平，大幅度的减少炼铁过程中CO2的排放，国内的炼铁专家已经将MidrexHYL直接还原工艺定义为氢冶金或准氢冶金。七、七、气基直接还原炼铁工艺与氢冶金气基直接还原炼铁工艺与氢冶金天然气天然气焦炉气焦炉气项目项目消耗消耗单价单价成本成本消耗消耗单价单价成本成本球团矿球团矿1.461.46480480700.8700.81.4
32、61.46480480700.8700.8气体量气体量3003001.41.48408405805800.860.86499499水水1.31.31.01.01.31.31.31.31.01.01.31.3电电1101100.60.666661101100.60.66666氮气氮气40400.50.540400.40.41616人工及管理人工及管理1001006 6万元万元20201001006 6万元万元2020投资投资3 3亿亿1010年折旧年折旧1001003.33.3亿亿1010年折旧年折旧100100DRIDRI价格价格1748174814031403税前毛利税前毛利年毛利年毛利投资
33、回收期投资回收期工艺方法工艺方法产量，万吨产量，万吨占世界产量比，占世界产量比，%MIDREX MIDREX 3862386259.9359.93HYL/EnergironHYL/Energiron79979912.4012.40煤基回转窑煤基回转窑1733173326.8926.89转底炉转底炉0 00 0世界合计世界合计64446444100.00100.00八、八、世界直接还原工艺现状世界直接还原工艺现状 1.2009 1.2009年世界直接还原铁生产各工艺的产量年世界直接还原铁生产各工艺的产量 气基竖炉产量将继续增加；气基竖炉产量将继续增加；20092009年气基竖炉产量占总产量的年气
34、基竖炉产量占总产量的72.33%72.33%；印度、俄罗斯、中东等地区正在建设的气基竖炉直接还原装置。印度、俄罗斯、中东等地区正在建设的气基竖炉直接还原装置。2.世界世界DRI产量持续增加，气基竖炉占主导地位。产量持续增加，气基竖炉占主导地位。3.3.煤制气煤制气-竖炉直接还原为直接还原铁生产开辟了新途径。竖炉直接还原为直接还原铁生产开辟了新途径。传统气基竖炉还原以天然气为能源，气基竖炉发展受到制约；传统气基竖炉还原以天然气为能源，气基竖炉发展受到制约；南非以南非以COREXCOREX还原尾气作为还原尾气作为MidrexMidrex竖炉还原气竖炉还原气,煤制气煤制气竖炉工艺竖炉工艺技术是可行的
35、；技术是可行的；墨西哥墨西哥HYLHYL公司提出的公司提出的HYL/EnergironHYL/Energiron工艺直接使用焦炉煤气、合工艺直接使用焦炉煤气、合成气、煤制成气为还原气的技术。成气、煤制成气为还原气的技术。4.4.回转窑法近年来在印度得到发展回转窑法近年来在印度得到发展。20092009年，印度约年，印度约300300多条多条1.01.03.03.0万吨万吨/年的回转窑在运行年的回转窑在运行 ；DRIDRI产量达到产量达到16201620万吨，占世界煤基回转窑产量的万吨，占世界煤基回转窑产量的93.5%93.5%；使世界煤基回转窑产量占世界使世界煤基回转窑产量占世界DRIDRI总
36、产量总产量26.89%26.89%。5.5.转底炉是直接还原发展的热点、流化床法发展受挫。转底炉是直接还原发展的热点、流化床法发展受挫。转底炉是直接还原发展的热点，但至今未见有生产炼钢用转底炉是直接还原发展的热点，但至今未见有生产炼钢用DRIDRI实现实现工业化生产的报道；工业化生产的报道；已建成的流化床法工业化装置产量仅为设计生产能力的已建成的流化床法工业化装置产量仅为设计生产能力的50%50%左右。左右。流化床法占世界总产量不足流化床法占世界总产量不足1.0%1.0%。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂九、九、我国直接还原的现状我国直接还原的现状 1.1.受高品位铁矿、天然气资源短
37、缺的制约，我国直接还原铁生产受高品位铁矿、天然气资源短缺的制约，我国直接还原铁生产 发展缓慢发展缓慢 ；多年来，直接还原的发展热潮持续强劲，但成效；多年来，直接还原的发展热潮持续强劲，但成效 甚微，至今我国甚微，至今我国DRIDRI年生产量未超过年生产量未超过6060万吨。万吨。2.2.我国回转窑直接还原技术成熟，结圈问题已得到解决，生产指我国回转窑直接还原技术成熟，结圈问题已得到解决，生产指 标世界领先；天津钢管厂在引进标世界领先；天津钢管厂在引进DRCDRC技术的基础上，进行了大技术的基础上，进行了大 量改造，技术上有了重大进步，年产量最高超过设计产量改造，技术上有了重大进步，年产量最高超
38、过设计产20%20%，煤耗（褐煤）仅煤耗（褐煤）仅850850900 kg/t DRI900 kg/t DRI，产，产TFe94.0%TFe94.0%，金属化金属化率率 93.0%93.0%，回转窑生产指标世界领先。，回转窑生产指标世界领先。3.3.隧道窑法在我国异常发展隧道窑法在我国异常发展 ；4.4.转底炉法发展迅速转底炉法发展迅速 ;5.5.煤制气煤制气竖炉倍受关注竖炉倍受关注 。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂十十MIDREXMIDREX工艺工艺1.MIDREX1.MIDREX工艺的发展工艺的发展 从从1936 1936 年开始，美国表面燃烧公司开展了天然气竖年开始，美国表面
39、燃烧公司开展了天然气竖炉直接还原工艺（即炉直接还原工艺（即Midrex Midrex 工艺）的研究和试验工作，工艺）的研究和试验工作，1966 1966 年在俄勒冈钢厂建立了直径年在俄勒冈钢厂建立了直径450 mm450 mm，日产，日产1.5 1.5 吨的试验装置。吨的试验装置。试验成功后，于试验成功后，于1969 1969 年在该厂建立起两套直径年在该厂建立起两套直径3.7 m 3.7 m 的生产的生产装置，每套年产量为装置，每套年产量为15 15 万吨。万吨。1971 1971 年为联邦德国科夫公司年为联邦德国科夫公司建立起年产建立起年产40 40 万吨的直接还原铁生产厂。从此，万吨的直
40、接还原铁生产厂。从此，Midrex Midrex 工工艺在世界上迅速发展，已成为技术成熟，生产量最大的直接艺在世界上迅速发展，已成为技术成熟，生产量最大的直接还原炼铁工艺，目前单体炉最大产能达到还原炼铁工艺，目前单体炉最大产能达到170170万吨万吨/年。年。2014年9月中晋太行创新是企业发展的灵魂2Midrex直接还原工艺的基本原理直接还原工艺的基本原理天然气的裂化天然气的裂化 铁矿石的还原铁矿石的还原 海绵铁渗碳海绵铁渗碳天然气的裂化：CH4+H2O=CO+3H2 CH4+CO2=2CO+2H2铁矿石的还原反应:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O渗
41、碳反应：Fe+2CO=Fe3C+CO2赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4天然气CH4天然气裂化还原气CO+H2海绵铁Fe+Fe3C炉顶气CO+H2O+3Midrex工艺流程的介绍工艺流程的介绍工艺流程简要介绍工艺流程简要介绍 天然气经过煤气预热器预热，然后进天然气经过煤气预热器预热，然后进入煤气重整炉进行裂化产生还原性气体，入煤气重整炉进行裂化产生还原性气体，还原性气体由竖炉中间部位进入炉内与上还原性气体由竖炉中间部位进入炉内与上部装入的铁料发生反应，形成海绵铁，经部装入的铁料发生反应，形成海绵铁，经过渗碳反应与冷却由下部排出。炉顶气经过渗碳反应与冷却由下部排出。炉顶气经过净化处理一部分用于重整
42、炉的加热，一过净化处理一部分用于重整炉的加热，一部分返回重整炉参与气体重整。部分返回重整炉参与气体重整。铁料的组成铁料的组成矿石或氧化球团或氧化球团矿石或氧化球团或氧化球团+块矿块矿还原性气体的主要成分还原性气体的主要成分CO+H284%CH45%H202%CO21%N 2 约约0.5%十一、十一、HYL直接还原工艺直接还原工艺1.HYL1.HYL直接还原工艺的发展直接还原工艺的发展 HYL HYL 直接还原工艺是墨西哥直接还原工艺是墨西哥HYLSA HYLSA 公司于公司于2020世纪世纪5050年代初开发并研究年代初开发并研究成功的。成功的。1957 1957 年第一座日产年第一座日产20
43、0 200 吨直接还原铁的生产装置在墨西哥蒙特吨直接还原铁的生产装置在墨西哥蒙特雷（雷（MonterreyMonterrey）建成投产。该工艺以天然气、水蒸气催化裂解气为还原）建成投产。该工艺以天然气、水蒸气催化裂解气为还原剂，采用剂，采用4 4级固定床反应罐还原，间隙作业，生产效率较低，能耗高。级固定床反应罐还原，间隙作业，生产效率较低，能耗高。1979 1979 年，年，HYLHYL工艺进行了重大改进，将间歇作业的工艺进行了重大改进，将间歇作业的4 4级反应罐改为连级反应罐改为连续作业的竖炉，演变为续作业的竖炉，演变为HYL工艺，工艺，生产效率显著提高，能耗大幅度下降。生产效率显著提高，能
44、耗大幅度下降。经过近经过近6060年的发展，竖炉直接还原技术已日臻成熟，特别在最近几年取得年的发展，竖炉直接还原技术已日臻成熟，特别在最近几年取得了较为突出的进步，主要体现在以下几个方面：了较为突出的进步，主要体现在以下几个方面：1)1)通过加强对原料质量的控制，提高还原气体的温度、压力，改善竖炉通过加强对原料质量的控制，提高还原气体的温度、压力，改善竖炉内煤气流的分布等一系列措施，使直接还原竖炉的生产率提高了近内煤气流的分布等一系列措施，使直接还原竖炉的生产率提高了近25%25%；2)2)将少量高纯度氧气吹入含有甲烷的高温还原气中，提高还原气温度，将少量高纯度氧气吹入含有甲烷的高温还原气中，
45、提高还原气温度，使竖炉的生产率约提高使竖炉的生产率约提高20%20%，节能近，节能近5%5%。这项技术进一步发展成为。这项技术进一步发展成为NGCOG NGCOG（天然气（天然气 焦炉煤气）竖炉的自重整技术焦炉煤气）竖炉的自重整技术-ZR-ZR；3)HYTEMMP 3)HYTEMMP 及及HOTLINK HOTLINK 等海绵铁热装技术的开发，有效地利用了海绵铁等海绵铁热装技术的开发，有效地利用了海绵铁的显热，减少了海绵铁输送和贮存过程中的再氧化和粉化，使电弧炉吨钢的显热，减少了海绵铁输送和贮存过程中的再氧化和粉化，使电弧炉吨钢电耗降低了电耗降低了120120140 kWh140 kWh，电极
46、消耗减少了，电极消耗减少了0.50.50.6 kg0.6 kg；4)4)热压块海绵铁（热压块海绵铁（HBIHBI）技术的开发，使直接还原铁的储存和运输，特别）技术的开发，使直接还原铁的储存和运输，特别是海上运输变得更加便利，更加广泛地开辟了世界范围的海绵铁市场是海上运输变得更加便利，更加广泛地开辟了世界范围的海绵铁市场。2.HYL2.HYL工艺的基本原理工艺的基本原理在催化剂的条件下天然气与蒸汽的反应在催化剂的条件下天然气与蒸汽的反应 ：CHCH4 4+H+H2 2O=CO+3HO=CO+3H2 2 CO+H2O=CO2+H2CO+H2O=CO2+H2铁矿石的还原反应铁矿石的还原反应:Fe2O
47、3+3CO=2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4天然气+水蒸气CH4天然气裂化还原气CO+H2海绵铁Fe+Fe3C炉顶气CO+H2O+3.HYL3.HYL法的工艺流程法的工艺流程 天燃气与水蒸气在重整炉中经催化反应产生还原性气体，还原性气体从竖炉中下部进入炉内，与由上而下的铁料发生还原反应，形成海绵铁，炉顶气经脱除CO2、水蒸汽后与重整炉产生的还原气混合作为新的还原气循环使用。铁料的组成 矿石或氧化球团或氧化球团+块矿还原气体的主要成分脱除CO2H2 CO CO2 H2
48、O CH4 N274%13%3.3%1.4%7.0%4.2%不脱除CO2H 2 CO CO2 H 2O CH4 N 257%22%15%1.6%4.4%十二、十二、HYLHYL直接还原工艺特点及与直接还原工艺特点及与MIDREXMIDREX工艺的区别工艺的区别 HYLHYL制气部分和还原部分相互独立制气部分和还原部分相互独立,MIDREX,MIDREX竖炉炉顶气与天然竖炉炉顶气与天然气混合，共同进入重整炉制取还原气，还原竖炉和制气设备是相互联气混合，共同进入重整炉制取还原气，还原竖炉和制气设备是相互联系，互相影响的。而系，互相影响的。而HYLHYL竖炉炉顶气经脱水和脱二氧化碳后，直接竖炉炉顶气
49、经脱水和脱二氧化碳后，直接与重整炉内出来的气体混合制成还原气，还原设备和制气设备相互独与重整炉内出来的气体混合制成还原气，还原设备和制气设备相互独立。因此立。因此HYLHYL工艺具有以下特点：工艺具有以下特点：(1)HYL(1)HYL竖炉选择配套的还原气发生设备有很大的灵活性，除天然气竖炉选择配套的还原气发生设备有很大的灵活性，除天然气外，焦炉煤气、煤发生气、外，焦炉煤气、煤发生气、COREXCOREX尾气等都可成为还原气的原料气；尾气等都可成为还原气的原料气；(2)(2)重整炉处理气量变小，每吨海绵铁仅为重整炉处理气量变小，每吨海绵铁仅为475m3 475m3，这使，这使HYLHYL工艺重工
50、艺重整炉体积小，造价低。而整炉体积小，造价低。而MIDREXMIDREX工艺重整炉处理气体体积为每吨海绵工艺重整炉处理气体体积为每吨海绵铁铁1810 m1810 m3 3；(3)(3)可以处理硫含量较高的铁矿。而可以处理硫含量较高的铁矿。而MIDREXMIDREX竖炉对铁矿的硫含量竖炉对铁矿的硫含量有一定限制，否则含硫炉顶气进入重整炉将造成裂解催化剂失有一定限制，否则含硫炉顶气进入重整炉将造成裂解催化剂失效。效。还原气中氢气含量高还原气中氢气含量高 通过天然气和水蒸汽在重整炉中催化裂解生产还原气，因通过天然气和水蒸汽在重整炉中催化裂解生产还原气，因此还原气中氢含量高，此还原气中氢含量高，H 2
