竖炉直接还原技术若干问题的探讨分析

1、Beijing Shougang International Engineering Technology CO.,LTDIronmaking Engineering & Research InstituteMay 20142目目 录录-Presentation Outline气基竖炉直接还原技术的发展气基竖炉直接还原技术的发展现状现状气基竖炉对含铁原料的气基竖炉对含铁原料的要求要求还原气的还原气的选择选择生产生产运行成本运行成本结论结论23气基气基竖炉技术发展现状竖炉技术发展现状-生产生产规模规模340324508494554605699597967226845644470377332740

2、2010002000300040005000600070008000200120022003200420052006200720082009201020112012产量产量 /万吨万吨年份年份20012012年世界直接还原铁产量年世界直接还原铁产量4气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-生产规模生产规模45气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-主流工艺主流工艺56气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-工程业绩工程业绩6工艺工艺国家国家生产能力生产能力/(万万ta-1)投产时间投产时间/年年还原剂还原剂HYL-委内瑞拉2752004天然气ENERGIRON-ZR印度602009天然气

3、ENERGIRON-阿联酋1602009天然气HYL-ZR阿联酋202010天然气HYL-委内瑞拉802011天然气ENERGIRON-阿联酋1602011天然气ENERGIRON-ZR埃及1952013天然气ENERGIRON-埃及1902013天然气ENERGIRON-ZR美国2502013天然气ENERGIRON-ZR印度2502014合成气合成气/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天然气天然气天然气天然气

4、天然气天然气天然气天然气天然气天然气天然气天然气MIDREX巴基斯坦巴基斯坦1282012天然气天然气MIDREX印度印度1202013天然气天然气MIDREX伊朗伊朗802013天然气天然气MIDREX伊朗伊朗802013天然气天然气MIDREX印度印度1802013天然气天然气MIDREX埃及埃及1762013天然气天然气MIDREX伊朗伊朗1502013天然气天然气MIDREX巴林巴林1502013天然气天然气MIDREX俄罗斯俄罗斯180建设中建设中天然气天然气7气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-Midrex工艺工艺7Midrex工艺特点：工艺特点：u 采用采用CO2重整；无需

5、单独的重整；无需单独的CO2脱除系统脱除系统;u H2/CO= 1.5-1.7，还原气为类，还原气为类CO气体；气体；u 独立的独立的高温重整炉进行高温重整炉进行催化重整催化重整;u 竖炉竖炉内的操作压力约为内的操作压力约为0.2-0.3MPa。8气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-MXCOL(气化炉煤气）气化炉煤气）8O2清洁清洁COG预热器预热器热反应器热反应器9气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-ENERGIRON工艺工艺9ENERGIRON工艺特点：工艺特点：u 采用水蒸汽重整；采用水蒸汽重整；u H2/CO可达可达5.6，还原气为类，还原气为类H2气体；气体；u 需需要要

6、单独单独的的CO2脱除脱除系统系统;u 无需高温无需高温重整重整炉，采用自重整炉，采用自重整;u 竖炉竖炉内的操作压力约内的操作压力约为为0.60.8MPa。10 气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-ENERGIRON工艺工艺11气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-技术创新和工艺优化技术创新和工艺优化11u 装置装置的的大型化大型化-在本世纪初最显著的技术特征在本世纪初最显著的技术特征200,000500,000800,0001,200,000 1,600,000 2,000,000 2,500,0003,000,000下一个目标下一个目标3,000,000下一个目标Plant C

7、apacity t/y设备年生产能力设备年生产能力t/yu NUCOR Steel USAu 美国纽柯钢公司美国纽柯钢公司u 年生产能力保证值：年生产能力保证值：u 2,500,000 tpy12u 生产效率的提高生产效率的提高-提供反应提供反应温度温度 气体温度提高的制约因素：气体温度提高的制约因素： 加热器材质加热器材质-加氧加氧 球团粘结球团粘结-原料球团的喷涂原料球团的喷涂气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-技术创新和工艺优化技术创新和工艺优化1213气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发展现状-技术创新和工艺优化技术创新和工艺优化13u 工艺流程的简化工艺流程的简化-自重整技术自重

8、整技术020040060080010001980198619951998Reformed Gas (Nm3/t DRIH2OwaterN.G.Original1980waterN.G.H2OCO2 1986年：引入了CO2脱除技术N.G.H2OOxygenCO2 1995年：引入了喷氧技术H2OOxygenCO2 N.G.1997年：ZR (Self-reforming) 实现了自重整。1999年：开发了DRI热送技术（HYL-HYTEMP技术），并在墨西哥蒙特雷4M厂投入生产。14u 对原燃料条件的适应性提高对原燃料条件的适应性提高-多种气源选择多种气源选择气基竖炉技术发展现状气基竖炉技术发

9、展现状-技术创新和工艺优化技术创新和工艺优化1415 气气基竖炉工艺对基竖炉工艺对含铁原料的含铁原料的要求要求-球团（块矿）球团（块矿）项项 目目球团球团块矿块矿高炉球团（高炉球团（3000m3级高炉）级高炉）TFe/ %676664FeO/ %1.0-1.5Na2O+K2O/ %0.10.10.1TiO2/ %0.20.2-LOI/ %-1.5-气孔率/ %20-压溃强度/ kN球-12000-2000转鼓指数（+6.3mm）/ %939090落下强度（+6.3mm）/ %9590-还原指数/ % 80033-95044-膨胀指数/ %10-15低温还原粉化率/ % +6.3 mm80708

10、5(+3.15mm)-3.2 mm1020-未破损球团/ %60-16 气气基竖炉基竖炉工艺对还原气的工艺对还原气的选择选择-常规天然气常规天然气u 常规天然气常规天然气 我国的能源结构以煤炭我国的能源结构以煤炭为为主主，资源特点是，资源特点是“富煤、缺油富煤、缺油、少气、少气”，2012年我国天然气年我国天然气对外依存度达到对外依存度达到29%。我国天。我国天然气产量和储量均难以满足发然气产量和储量均难以满足发展气基直接还原的需要。展气基直接还原的需要。17气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-页岩气页岩气17从从2005年到年到2010年美国的页岩气产量增长了近年美国的页岩

11、气产量增长了近6倍，达倍，达到到1378亿亿m3，受美国成功开发页岩气的影响，全球页受美国成功开发页岩气的影响，全球页岩气勘探开发呈现快速发展态势。岩气勘探开发呈现快速发展态势。18气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-页岩气页岩气1819气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-页岩气页岩气1920气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-页岩气页岩气202013年中国页岩气产量仅年中国页岩气产量仅2亿方亿方，占，占天然气天然气总产量（总产量（1210亿方亿方）的的比例还不到比例还不到1%，远低于美国的，远低于美国的39%和加拿大的和加拿大的15%，中

12、国，中国页页岩气岩气“十二五十二五”规划要求规划要求2015年实现年产年实现年产65亿亿方，方，2020年生产年生产600亿至亿至1000亿亿立方米。立方米。中国的页岩气资源条件差，表现为藏储层埋深大、丰度低、开中国的页岩气资源条件差，表现为藏储层埋深大、丰度低、开采难度大，开采成本约为美国的采难度大，开采成本约为美国的2-4倍。倍。21气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-煤层煤层气气21u 煤层气在中国已经开采了煤层气在中国已经开采了20多年多年，比，比页岩页岩气开发气开发技术更加成熟。技术更加成熟。u 全球全球埋深浅于埋深浅于2000m的煤层气资源约为的煤层气资源约为24

13、0万万亿亿m3，是常规天然，是常规天然气探明储量气探明储量的的2倍倍多，中国浅煤层气资源量预计达多，中国浅煤层气资源量预计达36.8万亿万亿m3，居世界第三居世界第三位，其中位，其中80%以上储量和产量来自山西省以上储量和产量来自山西省。u 煤层气煤层气资源特点：资源特点：“低压、低渗、低饱和低压、低渗、低饱和”、地质构造复杂，、地质构造复杂，难采难采资源量资源量占总量占总量的的70%-80%，单，单井产气量低，成本效益倒挂井产气量低，成本效益倒挂，部，部分分煤层气开采企业的经济效益并不显著；受管网建设落后的影响煤层气开采企业的经济效益并不显著；受管网建设落后的影响“商品气商品气”只占到不足开

14、采量的一半，只占到不足开采量的一半，2012年年总利用率仅为总利用率仅为41.53%，按照我国煤层气，按照我国煤层气“十二五十二五”发展规划，发展规划，2015年我国煤层年我国煤层气产量目标为气产量目标为300亿亿m3，但，但受上述因素受上述因素的制约，煤层气的发展面的制约，煤层气的发展面临一系列临一系列难题。难题。22气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-煤制气煤制气22项项 目目鲁奇法鲁奇法恩德法恩德法德士古法德士古法壳牌法壳牌法气化炉气化炉固定床固定床沸腾床沸腾床气流床气流床气流床气流床煤种煤种褐煤、烟煤褐煤、烟煤褐煤等褐煤等烟煤、无烟煤烟煤、无烟煤全部全部煤粉粒度煤粉粒

15、度5-75mm75m90%100m进料方式进料方式块煤块煤粉煤粉煤60%水煤浆水煤浆干煤粉干煤粉气化压力气化压力/MPa2.0-3.02.5-3.02.6-8.42.0-4.0气化剂气化剂氧气氧气+水蒸气水蒸气氧气氧气+水蒸气水蒸气氧气氧气纯氧纯氧+蒸汽蒸汽氧耗氧耗/(m31000-1m-3)140-240270380-430330-360煤耗煤耗/ (kg1000-1m-3)720678640600气化温度气化温度/900-10509501400-16001300-1400碳转化率碳转化率/%96-9890-959599.5煤气中煤气中CO+H2含量（体积分含量（体积分数）数）/%6039-

16、598090煤气中煤气中CH4含量（体积分数）含量（体积分数）/%9-1210.010.01煤气中煤气中H2/CO（体积分数）（体积分数）1.7-2.30.904-0.504-0.5净化煤气温度净化煤气温度/250-350300200-260350冷煤气效率冷煤气效率/%8072-7670-7680-85单炉气化能力单炉气化能力/（td-1）1800-20003000关键技术问题关键技术问题碳氢化合物的碳氢化合物的利用利用碳的转化碳的转化粗煤气冷却粗煤气冷却粗煤气冷却粗煤气冷却50万万t/a 直接还原厂配套煤制直接还原厂配套煤制气装置投资气装置投资/亿元亿元3.0-3.52.0-2.38-10

17、10-1223气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-煤制气煤制气23u 制约制约煤制气煤制气竖炉直接还竖炉直接还原技术发展的原技术发展的关键因素关键因素是是加压煤制气技术投资和运加压煤制气技术投资和运行成本过高行成本过高。u 除了煤制还原气外，开展除了煤制还原气外，开展煤制天然气也是缓解我国煤制天然气也是缓解我国天然气供求矛盾的一天有天然气供求矛盾的一天有效途径。效途径。24气基竖炉工艺对还原气的气基竖炉工艺对还原气的选择选择-焦炉煤气焦炉煤气24u 焦炉煤气成分更宜作为竖炉还焦炉煤气成分更宜作为竖炉还原气；原气；u 2012年焦炭产量年焦炭产量4.43亿吨（亿吨（2013年年

18、4.76亿亿吨）；其中独立焦化企吨）；其中独立焦化企业产量为业产量为3.12亿吨，除去自用，亿吨，除去自用，富余约富余约800亿亿m3焦炉煤气；可利焦炉煤气；可利用约用约200-260亿亿m3；u 生产生产1t直接还原铁需直接还原铁需COG540-620m3；u 进一步将高炉煤气、转炉煤气进一步将高炉煤气、转炉煤气灯低热值煤气置换和综合利用灯低热值煤气置换和综合利用，可以增加焦炉煤气资源量。，可以增加焦炉煤气资源量。25气基竖炉气基竖炉工艺工艺-生产运行成本生产运行成本25项项 目目单价单价/元元单耗单耗NG(COG)天然气生产成本天然气生产成本/（元（元t-1（DRI）焦炉煤气生产成本焦炉煤

19、气生产成本/（元（元t-1（DRI）原辅材料原辅材料 1538.511538.51球团矿球团矿/ (tt-1)11001.391529.001529.00MDEA溶液溶液/ (kgt-1)36.960.041.481.48涂层水泥涂层水泥/ (kgt-1)0.624.002.482.48其它化学品和消耗品其它化学品和消耗品/ (kgt-1)55.440.105.545.54燃料动力燃料动力 591.24349.59水水(/( m3t-1)7.601.30（1.90）9.8814.44电电/( kWht-1)0.3890.0(148.3)34.2056.35天然气（焦炉煤气）天然气（焦炉煤气）/

20、 (m3t-1)2.0(0.46)264.44(580.48)528.89267.02氮气氮气/ (m3t-1)0.1520.00（25.00）3.003.75氧气氧气/ (m3t-1)0.2950(25)14.507.25压缩空气压缩空气/ (m3t-1)0.076910.000.770.77工资及附加工资及附加 8.18.1修理费修理费 24.0024.00折旧折旧 76.0076.00其他费用其他费用 21.8419.40经营成本经营成本 2183.681939.59总成本总成本 2259.682015.5926气基竖炉气基竖炉工艺工艺-生产运行成本生产运行成本26u 参照参照2013年

21、上半年河北唐山地区的资源和能源平均年上半年河北唐山地区的资源和能源平均价格，对价格，对生产生产规模为规模为80万万t/a的直接还原工厂生产运行成本进行了分析测算；的直接还原工厂生产运行成本进行了分析测算；u 还原气成本约占还原气成本约占DRI生产成本的生产成本的10%-25%；u 使用焦炉煤气生产使用焦炉煤气生产DRI，其成本比使用天然气降低约，其成本比使用天然气降低约244.09元元/t。还原气种类还原气种类焦炉煤气焦炉煤气天然气天然气煤制气煤制气单价单价/(元元m-3)0.461.802.002.503.001.6总成本总成本/(元元t-1)2015.592206.262259.682393.242526.802377.61u 参照参照2013年年11月河北地区重型废钢不含税价约为月河北地区重型废钢不含税价约为2200元元/t，使用，使用焦炉煤气生产焦炉煤气生产DRI的效益为的效益为84.41元元/t；u 使用天然气生产使用天然气生产DRI，