焦炉煤气生产直接还原铁试验与研究新进展

第２期（总第１２３期）　２００６年４月　煤化工　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓ　Ｎｏ．２（Ｔ０ｔａｌ　Ｎｏ．１２３）　Ａｐｒ．２００６　焦炉煤气生产直接还原铁试验与研究新进展　苏亚杰　（山西省焦炭集团公司，太原０３００２４）　摘　要　分析了焦炉煤气生产直接还原铁没有发展起来的原因，介绍了焦炉煤气牛产直接还原铁的４种　工艺流程及国内外用焦炉煤气生产直接还原铁试验与研究进展情况等，认为山西省具备了用焦炉煤气大规模　生产直接还原铁的基本条件，应积极争取条件，大规模发展焦炉煤气生产直接还原铁。　关键词　焦炉煤气　直接还原铁　铁矿　文章编号：１００５—９５９８（２００６）一０２—００１０—０３　中圈分类号：ＴＯ５２　文献标识码：Ａ　左右，这样需要加入废钢或ＤＲＩ进行冷却，由于ＤＲＩ　引　言　山西省公布２００４年焦炭产量为７　３００万ｔ，根据　冷却效果是废钢的１．５倍～２．０倍，没有铜、铝、铅、　锌、锡等有色金属杂质，且因优质废钢资源短缺，再加　上利用温差化铁炼钢，不增加新的能耗，所以是负能　调查分析，焦炭实际年产量在８　０００万ｔ左右，接吨　焦产气３８０ｍ。计算，焦炉煤气资源量３０４亿ｍ０，是“西　气东输”工程１２０亿ｍ　天然气的２．５３倍（接体积算），　炼钢，平均吨钢可加ｌＯＯｋｇ　ＤＲＩ，经济效益十分明显。　２焦炉煤气生产ＤＲＩ发展受阻的原因　天然气裂解后作还原气生产ＤＲＩ，与焦炉煤气裂　解后作还原气生产ＤＲＩ，没有本质的区别。焦炉煤气　生产ＤＲＩ没有发展起来，有两大主要原因。　按热值算约１．２７倍，点火炬排空约１０６亿ｍ。，占　３５．０７％。用焦炉煤气生产直接还原铁是焦炉煤气高效　利用的一个较好选择。　１直接还原铁简介　直接还原铁（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ｉｒｏｎ以下简称　２．１　焦炉煤气资源问题　国内外焦化厂大都附属于钢铁联合企业，焦炉煤　气主要用于钢厂内热能平衡，如：加热钢锭、钢坯用于　ＤＲＩ）又叫海绵铁，是一种不用高炉冶炼而得到的金属　铁，其用途有：电炉炼钢、转炉炼钢、高炉炼铁、生产铁　合金、水处理除氧、粉末冶金用铁粉等，其中主要用作　电炉炼钢的原料、电炉用废钢杂质的稀释剂和转炉炼　钢连铸冷却剂。　轧钢加热炉、烘烤钢包，少量富余焦炉煤气供城市煤　气等，在连铸连轧工艺没有采用之前，钢厂没有富余　焦炉煤气。现在大部分钢厂实现了连铸连轧，由于采　用先进的蓄热式轧钢加热炉，可用低热值高炉煤气作　燃料，焦炉煤气可以替换出来，因此，一部分钢铁联合　企业焦炉煤气出现富余，用焦炉煤气牛产ＤＲＩ提到了　日程上。　文献［１］中介绍了直接还原铁情况，本文只将　ＤＲＩ用于转炉炼钢冷却剂作一补充。转炉钢水温度达　到ｌ　５５０℃左右，而连铸机钢水进口温度应在ｌ　３５０℃　独市焦化企业焦炉煤气约５０％用于加热焦炉，与　钢铁联合企业用高炉煤气加热焦炉相比，富余焦炉煤　收稿日期：２００６一Ｏ１—０４　作者简介：苏亚杰（１９５３一），男，１９８３年毕业于山西财经　气相对较少。近几年来，由于焦炭生产能力大幅度提　高，产生丁大量富余焦炉煤气，为焦炉煤气生产ＤＲＩ　创造了条件。　大学，统计师，山西省政府焦化行业专项清理整顿领导组　办公室成员，曾从事焦炉煤气生产直接还原铁试验与研究　工作并参与山西省政府焦炭行业结构调整文件的起草工　作等。　２．２富铁矿资源问题　生产ＤＲＩ是固态还原，与高炉炼铁相比，不能排　渣。因此要求铁矿品位在６８％以上，中国没有高品位　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年４月　苏亚杰：焦炉煤气生产直接还原铁试验与研究新进展　富铁矿。人造富铁矿要有选矿技术作支撑。以往南于　选矿技术水平低，没有可供作ＤＲＩ的人造富矿。目前，　湿式磁选和反浮选技术的突破和联合使用，使中国大　部分铁选矿厂可以生产高品位铁精矿，为焦炉煤气生　产ＤＲＩ提供了资源保障。　３焦炉煤气生产ＤＲＩ可供选择的工艺技术　３．１　美国Ｍｉｄｒｅｘ公司的Ｍｉｄｒｅｘ竖炉法　用该技术生产的ＤＲＩ约占世界ＤＲＩ产量的　６８．６％，２００３年，经原中国冶金技术公司与该公司联　系，该公司承诺町将焦炉煤气裂解，制成还原气用于　生产ＤＲＩ，要求单套装置ＤＲ１年生产能力１００万ｔ。根　据Ｍｉｄｒｅｘ法换算，牛产１　Ｌ　ＤＲＩ需要约７００ｍ。焦炉煤　气，年产１００万ｔ　ＤＲＩ需７亿ｍ　焦炉煤气。山西日前　还很难在一个地点组织７亿ｍ。焦炉煤气，因此洽谈　中断。　３．２墨西哥Ｈｏｊａｌｔａ　Ｙ　Ｌａｍｉａ　Ｓ．Ａ（ＨＹＬｓａ）公司ＨＹＬ－　ＺＲ技术［２１　用ＨＹＬ　ＺＲ技术生产的ＤＲＩ约占世界ＤＲＩ产量的　２１．８％，该技术是将天然气部分氧化后送入竖炉作还　原气，取消了重整天然气工序，ＤＲＩ产品主要成分为　Ｆｅ　，该工艺最小装置年生产能力为３０万ｔ，需焦炉　煤气约２亿ｍ。。该公司已与首钢建立联系，在墨西哥　用灭然气配制成焦炉煤气成分，试验生产ＤＲＩ获得成　功。首钢引进该公司技术谈判已经完成，用焦炉煤气　生产ＤＲＩ项闷枉河北迁安苗‘钢新址实施。　３．３　宝钢和鲁南化肥厂联合试验的ＢＬ法闭　早在２Ｏ世纪７Ｏ年代，我国多次组织过发生炉煤　气生产ＤＲＩ的工、Ｉ　试验，包括福建龙岩、广东韶关和　四川成都（火然气）试验都获得成功∞］。ＢＬ法可用煤　制气生产ＤＲＩ，在．Ｉ　艺技术上没有大的问题。但是，用　煤制气生产ＤＲＩ投资增加、生产成本增加，提高单套　设备年生产能力较　难，是煤制气牛产ＤＲＩ没有发展　起来的主要原因。　３．４　山西一步法含炭冷固结铁球团矿生产技术（以　下简称一步法）　一步法已获得国家专利，一步法工艺流程与　ＨＹＬ—ＺＲ不同点在于原料不同及竖炉结构不同，町利　用氧化度＜２５％的还原气，如煤制气、煤层气、矿井抽　排的瓦斯气、煤炭液化尾气、化工尾气，还原气加热方　式可用蓄热式加热炉等。　前３个』　艺共同特点是用铁精矿粉煅烧成烧结　矿、氧化球团矿加配　８舢一　１４ｍｍ小块富铁矿石，作　生产ＤＲＩ的原料。一步法是用铁精矿粉加煤粉和黏结　剂冷压成球，烘干后作生产ＤＲＩ原料。用烘干代替煅　烧，因烘干没化学反应，因此称为一步法。在开发黏结　剂等技术方面的试验中，解决了球团矿高温粉化问　题。一步法比其他方法有以下优势：　（１）焦炉煤气不需裂解可直接使用。用价值工程　分析，还原气有３个功能：一是传热给球团矿；二是还　原球团矿；三是保持还原气氛。由于煤粉代替还原气　还原功能，只留下了保持还原气氛和传热给球团矿的　功能，因此焦炉煤气不需裂解，取消了焦炉煤气裂解　工序，可节省约２０％的裂解能耗。　（２）节省大量焦炉煤气。采用Ｍ　Ｊｄｒｅｘ工艺生产　Ｉｔ　ＤＲＩ约需焦炉煤气７００ｍ。，ＨＹＬ—ＺＲ法生产ｉｔ　ＤＲＩ约　需焦炉煤气６５０ｍ。；根据计算，一步法约需３５０ｍ。，因为　在还原过程中会产生ｃＯ，起到富化煤气的作用，若配　１５％煤粉，每吨ＤＲＩ可产生约４５０ｍ。还原尾气，还原尾　气可以净化后循环使用，因此约可节约５０％焦炉煤　气。　（３）ＤＲＩ可实现规模化生产。山西独立焦化厂多　为单热式焦炉，吨焦富余煤气约１９０ｍ。，年产６０万ｔ　焦炉，连接一步法生产ＤＲＩ可达３０万ｔ／ａ，与引进国　外技术比，用相同煤气资源，ＤＲＩ产量可提高１倍。　（４）建设投资大幅度降低。目前引进的Ｍｉｄｒｅｘ和　ｔｔＹＬ—ＺＲ技术，其核心技术包含在引进设备内，关键设　备都从国外引进，投资较高。一步法投资仅为引进技　术和设备的１／２左右。　４国内外焦炉煤气生产ＤＲＩ的试验与研究　国外提出用焦炉煤气生产ＤＲＩ比用天然气生产　ＤＲＩ晚，ＨＹＬｓａ公司在２０世纪９０年代向中国介绍　ＨＹＬ—ＺＲ技术时，曾提出过用焦炉煤气生产ＤＲＩ。国内　最早是１９９５年本钢钢研所将焦炉煤气加热后在　７００℃下通人０．３ｍ。竖炉，得判ｒ金属化率达８４％￣８７％　的ＤＲＩ，但因焦炉煤气供应和富铁矿资源问题而中　止。　近半个世纪以来，东北大学、北京科技大学、北京　钢铁研究总院等大专院校、科研机构，以及太钢、本　钢、宝钢、韶钢等钢铁企业和原冶金部科技司都组织　过气基法ＤＲＩ试验与研究，在这一研究领域我国并不　比国外水平低。　２０００年苏亚杰、林原生在太化焦炉炭化室中进　行ＤＲＩ试验获得成功；２００１年鞍钢有关专家在中国　金属学会非高炉炼铁学术委员会研讨会上重点介绍　维普资讯 http://www.cqvip.com

一ｌ２一　煤化工　２００６年第２期　了焦化厂生产焦炭和ＤＲＩ两种产品，以及焦炉煤气　４种热裂解技术；．２００３年９月１４日山西省焦炭集团、　６　山西具备了用焦炉煤气生产Ｄ　的基本条件　大规模发展焦炉煤气气基法生产ＤＲＩ的基本条　太钢技术中心有关专家在中国金属学会非高炉炼铁　学术委员会年会上介绍了非裂解焦炉煤气含炭球团　一件：一是丰富的焦炉煤气资源；二是高品位铁精矿资　源。山西焦炉煤气资源条件已基本具备，但总体上焦　化厂还是星罗棋布，把焦炉煤气集中起来生产ＤＲＩ。　还是有一些问题和困难需要解决。山西本省可以解决　一步法生产直接还原铁的试验与研究情况。　２００３年９月１７　Ｅｌ和２００４年８月２５日由山西省　发改委组织，山西省焦炭集团公司承办，中国金属学　会非高炉炼铁专业学术委员会组织专家在太原召开　了焦炉煤气生产直接还原铁专家论证会及山西省焦　部分高品位铁精矿，ｆ日是要大规模生产ＤＲＩ。铁矿　资源还显不足。解决办法一是从周边省购买；二是进　口。山西每年出口焦炭约１　２００万ｔ，而进口山西焦炭　炉煤气生产直接还原铁研讨会，对焦炉煤气生产ＤＲＩ　作出了方向性可行的定性结论。　的国家巴西、印度、澳大利亚。都是向中国出口铁矿的　国家，应积极争取以出口焦炭进口铁矿互利互惠的办　法解决铁矿资源不足的问题。　５　ＤＲ［与ＣＯＲＥＸ融熔还原　】　融熔还原技术中的ＣＯＲＥＸ技术是目前唯一实现　工业化生产的技术，在全球运行的装置共有４套：韩　参考文献：　［１］胡嘉龙，赵纪伟．利用焦炉煤气资源发展直接还原铁　工业［Ｊ］．煤化工，２００３，３１（６）：１４—１６．　国浦项钢铁公司浦项厂１套；南非萨尔达纳钢铁公司　１套；印度金达尔公司维贾纳格厂２套，全部为ＣＯＲＥＸ　—［２］方　觉．非高炉炼铁上艺与理沧［Ｍ］．北京：冶金工业　出版社，２００２．　Ｃ２０００设备，每套年生产能力达１００万ｔ。值得注意　的是Ｃ０ＲＥＸ上段采用ＤＲＩ竖炉，尾气经净化后还可以　［３］广东省海绵铁试验组．水煤气竖炉海绵铁［Ｍ］．广州：　广东科技出版社，１９７８，　生产ＤＲＩ。上海宝钢引进ＣＯＲＥＸ—Ｃ３０００装置已于２００５　［４］杨天钧，黄典冰，孔令坛．熔融还原［Ｍ］．北京：冶金：［　、　出版社。１９９８．ｌ　年６月２９日开工建设。　Ｌａｔｅｓｔ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ｉｒｏｎ　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　Ｃｏｋｅ　Ｏｖｅｎ　Ｇａｓ　Ｓｕ　Ｙａｊｉｅ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏｋｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｗｈｙ　ｎｏ　ｅｖｉｄｅｎｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ（ＣＯＧ）ｔｏ　ｍａｋｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｒｏｎ（ＤＲＩ）ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｏｕｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ＤＲＩ　ｂｙ　ＣＯＧ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｒｅｓｐｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｄｕｃｅｓ　ｔｈａｔ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ｈａｓ　ａｌｒｅａｄｙ　ａ　ｓｏｕｎｄ　ｂａｓｉｓ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｉｒｏｎ－　ｗｏｒｋｓ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ＤＲＩ　ｂｙ　ＣＯＧ　ａｎｄ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍｏｒｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｔｏ　ｄｏ　ＳＯ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ，ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｒｏｎ，ｉｒｏｎ　ｏｒｅ　（上接第３页）　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｄｕ　Ｍｉｎｇｈｕａ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｃｏａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００１３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅｒｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍｓ　ｏｎ　ｃｏａｌ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ”１　１ｔｈ　ｆｉｖｅ—ｙｅａｒ—ｐｌａｎ”．　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏａｌ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｆａｓｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｆｔｅｒ　２０１０．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ。ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏａｌ－ｂａｓｅｄ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｏｌｅｆｉｎｓ　ｗｉｌｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ａｆｔｅｒ　ｙｅａｒｓ．Ｃｏａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｓｔｉａｌｉｒｚａｔｉｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｙ，ＳＯ　ｍｏｒｅ　ｗｏｒｋｓ　ｒｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｄｏｎｅ　ｉｎ　ｃｏａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｃｏａｌ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ｃｏａｌ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ，ｃｏａｌ－ｂａｓｅｄ　ｍｅｔｈａｎｏｌ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ