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氣基豎爐直接還原煉鐵及我國發展現狀介紹

作者:1發布時間:2022-05-09
 

氣基豎爐還原煉鐵
氣基豎爐直接還原煉鐵技術被稱作溫室氣體減排的葉冶煉方法。該方法學主要是將傳統的高爐焦炭煉鐵方法改為,使用天然氣等還原氣體混合鐵礦石用豎爐煉鐵。從而實現從高爐-轉爐長流程鋼鐵冶煉轉換為電爐-短流程鋼鐵冶煉。下圖為傳統的高爐煤炭煉鐵方式。

 

 

圖1 高爐焦炭煉鐵過程

 

高爐生產流程:高爐作業是將鐵礦石、焦炭及助熔劑由高爐頂部加入爐內,再由爐下部鼓風嘴 鼓入高溫熱風,產生還原氣體,還原鐵礦石,產生熔融鐵水與熔渣之煉鐵制程。人們對傳統的煉鐵方式的印象是嚴重依賴于焦煤,冶金反應重復進行,焦化、燒結、高爐等鐵前系統產生大量煙氣、粉塵、溫室氣體排放及水污染,熱效率低,能源浪費嚴重,對環境污染極高。為了減少焦炭高爐煉鐵的繁雜過程,使用天然氣等的氣體作為能源的豎爐直接還原法蓬勃興起。
如下圖所示,圖中所示是典型的米德雷克思(Midrex)法。

 


 

圖2 氣基豎爐還原煉鐵過程

 

氣基豎爐直接還原法即用氣體燃料為能源和還原劑,在天然礦石(粉)或人造團塊呈固態的軟化溫度以下進行還原獲得金屬的方法。該方法具有容積利用率高、熱效率高、生產率高等優點而成為非焦煤冶金工藝的主流技術,并可制得高純度的海綿鐵。我國的核證自愿減排項目方法學中,將氣基豎爐直接還原煉鐵技術納入國家溫室氣體自愿減排方法學,鼓勵相關生產單位使用該方法學進行生產。目前,我國也出臺一些政策發展氣基豎爐等非高爐煉鐵方法,助力碳達峰碳中和。
 

氣基豎爐項目建設方式

在現有產能或獲得置換產能的情況下,可以選擇建設氣基豎爐的方式:

1. 在現有已有天然氣(NG)、焦爐煤氣(COG)、煤熱解氣等富甲烷氣的條件下,以此為氣源重整聯產新建的氣基豎爐直接還原工藝的項目。

2. 新建煤焦化或煤熱解項目,同時以此富含甲烷的焦爐煤氣、熱解氣重整聯產氣基豎爐直接還原工藝的項目。

3. 新建煤制氣-氣基豎爐直接還原煉鐵工藝的項目。

4. 新建天然氣-氣基豎爐直接還原煉鐵工藝的項目。

國際情況

 

放眼全球,直接還原鐵工藝已經具有了廣泛的應用,2020年世界直接還原鐵(DRI)產量1.044億噸,比2019年產量1.081億噸,下降3.4%。印度和伊朗占據了世界50%的直接還原鐵產量。這兩個國家的還原鐵產量都是千萬噸級。目前,世界氣基直接還原鐵技術十分成熟,且主要以MIDREX和ENERGRON為主導。阿爾及利亞的一座Tosyali MIDREX工廠還原鋼的年產就達到了250萬噸,這樣大型的還原煉鋼廠是我國缺少的。我國目前還沒有這種天然氣基的豎爐煉鋼工廠。雖然早在上世紀六十年代就開始進行相關研究,迄今我國的直接還原鐵產能低年產量只有百萬端噸級,而根據中國廢鋼鐵應用協會估算我國直接還原鐵年需求量應為千萬噸級,因此我國急需發展直接還原鐵技術,特別是氣基直接還原鐵技術。

 

 
國內現狀

 

2020年12月,國內首臺氫基豎爐正式投入生產。中晉冶金科技有限公司歷經十年艱苦研發和技術整合,率先擁有了自主知識產權的CSDRI氣基豎爐還原鐵技術方案,破解了中國沒有直接還原鐵技術的困境。該氫基豎爐還原鐵項目年產30萬噸,并已經推出產品。

2月15日,寶鋼湛江鋼鐵零碳示范工廠百萬噸級氫基豎爐工程正式開工。該項目是國內首套百萬噸級氫基豎爐,也是首套集成氫氣和焦爐煤氣進行工業化生產的直接還原生產線。項目預計2023年底建成,投產后每年可減少二氧化碳排放50萬噸以上,也是后續國內自主集成并研發全氫冶煉技術的創新平臺,對推動鋼鐵行業綠色低碳轉型、推進鋼鐵新生態綠色化、促進區域清潔能源優化和經濟發展具有重要意義。

河鋼集團的下屬公司張宣高科也進行了產能置換公示,建設兩臺55萬噸,合111萬噸每年的氣基豎爐生產線。

黑龍江建龍等單位也在謀劃中。

 

我國的鋼鐵廠可利用自產焦爐煤氣和轉爐煤氣制備還原氣,取代天然氣用于直接還原煉鐵,既可彌補我國天然氣自愿不足、又填補了我國氣基豎爐直接還原冶金的空白。且氣基豎爐較傳統鋼鐵廠的投入小,建設周期短,可制取優質海綿鐵,適應性強,碳排放大大降低,是理想的碳中和戰略下鋼鐵產業的轉型升級方向。
 
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