适用于直接还原铁煤制气方案
气基竖炉直接还原低碳炼铁方案(一)
气基竖炉直接还原低碳炼铁方案一、实施背景随着全球对环境保护的重视和钢铁行业碳排放量的关注，低碳炼铁技术的研发和推广成为了钢铁产业发展的重要趋势。
气基竖炉直接还原是一种以煤气为能源，通过竖炉直接还原铁矿石的炼铁方法，具有较高的能源利用效率和环保性能。
本方案旨在通过气基竖炉直接还原工艺的研发与应用，推动我国钢铁产业的低碳发展。
二、工作原理气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺采用天然气或煤制气等富含氢气的煤气作为能源和还原剂，将铁矿石在竖炉内进行直接还原。
具体过程如下：1. 预热阶段：将铁矿石在炉内预热到约700℃，以促进煤气的燃烧和还原反应。
2. 煤气燃烧和还原阶段：煤气在竖炉上部燃烧室燃烧，产生高温煤气（约1100℃）通过炉顶喷嘴进入炉内，与铁矿石发生还原反应，生成金属化球团。
3. 冷却和排出阶段：金属化球团在炉内继续冷却并从炉底排出。
4. 成品处理阶段：对金属化球团进行破碎、筛分、磁选等处理，得到最终产品。
三、实施计划步骤1. 研发与设计：开展气基竖炉直接还原工艺的基础研究和应用研究，设计适合我国钢铁产业的气基竖炉直接还原工艺流程和设备。
2. 设备制造与安装：根据设计要求，制造设备并在现场安装调试。
3. 工业试验：在制造和安装完成后，进行工业试验，验证工艺流程和设备的可行性和稳定性。
4. 生产调试：根据工业试验结果，对工艺流程和设备进行优化调整，逐步达到设计产能。
5. 技术服务与培训：提供相关技术服务和培训，确保企业能够自主运行和维护气基竖炉直接还原生产线。
四、适用范围本方案适用于大型钢铁企业和中小型民营钢铁企业。
特别是对于具有丰富铁矿资源和煤气资源的钢铁企业，气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺具有较高的适用性和优势。
此外，对于地处环保要求较高地区或面临转型升级压力的钢铁企业，该工艺也具有较大的应用潜力。
五、创新要点1. 竖炉结构优化设计：通过对竖炉内部结构的优化设计，提高煤气与铁矿石的接触面积和热交换效率，降低能源消耗。
适用于直接还原铁的煤制气方案
冷 却 渗 碳 段
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渗碳 反应
• 渗碳： • 3Fe + CH4 → Fe3C + 2H2 • 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2 • 3Fe + CO + H2 → Fe3C + H2O
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O(g) △H = 95,484 kJ Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 △H = -28,085 kJ
适用于直接还原铁的煤制气方案
22 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术 1
2.1 气基竖炉对还原气性质的要求
（1）还原性气体（H2、CO）浓度高； （2）需要一定含量的甲烷气，一般要求CH4含量2~5%，用于渗碳； （3）H2/CO 不同的工艺要求不同， 最低1.5， 最高 5.6； （4）还原气压力低 （0.1—0.8 MPaG）； （5）煤气热值要求一般约为2300kcal/Nm3。
➢ 对于我国“贫油少气富煤”的能源结构，需要开发以煤制备还原气的气基竖炉 炼铁工艺。
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2 适用于直接还原铁的煤制气方案
2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
国内外气基竖炉区别
天然气-气基竖炉工艺流程
煤制气-气基竖炉工艺流程
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3 适用于直接还原铁的煤制气方案
2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
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适用于直接还原铁的煤制气方案
122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
加压固定床连续气化(鲁奇）
焦炉煤气制直接还原铁
焦 炉 煤 气 生 产DRI 发 展 受 阻 的 原 因
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 、轧 钢 加 热 炉 、烘 烤 钢 包, 少 量 富 余 焦 炉 煤 气 供 城 市 煤气 等, 。 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, 钢 铁 联 合企 业 焦 炉 煤 气 出 现 富 余, 用 焦 炉 煤 气 生 产 DRI 提 到 了日 程 上。
总结
尽管高 炉炼铁有许多有点，但也有不少缺点如冶炼过 程过程需要高质量的人造炉料，即烧结矿、球团矿、焦炭 ，高炉过程需要庞大的辅助设备：烧结厂、球团厂、炼焦 厂、除尘装置、热风炉等。尽管迄今为止还没有任何一种 非高炉炼铁工艺能够超越高炉的高功率、大容量的绝对优 势，但作为传统工艺的有益补充，非传统工艺仍然占据了 一席之地。针对前面我讲的焦炉煤气制直接还原铁的优点 ，我相信；利用焦炉煤气制直接还原铁一定会发展起来。
直接还原铁的介绍
直 接 还 原 铁 ( Direct Reduction Iron 以 下 简 称 DRI ) 又 叫 海 绵 铁, 是 一 种 不 用 高 炉 冶 炼 而 得 到 的 金 属。 用 途 : 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, 主 要 用途：充当废钢的作用。如用作电 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 。
2020年适用于直接还原铁的煤制气方案参照模板可编辑
1. 2013年我国的粗钢产量已达7.79亿吨，占全球总 产量的48.5%，铁矿石对外依存度超过60%; 2. 钢铁行业整体亏损，生存艰难； 3. 钢铁工业污染物排放占到工业排放总量的45%以 上，是大气雾霾的重要成因； 4. 高炉炼铁仍占绝对地位，对优质焦煤和优质铁矿 石依赖性强，消耗大量的优质资源。
• Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O • Fe2O3 + CO→ 2FeO + CO2 • 氧化亚铁还原成金属铁
• FeO + H2 → Fe + H2O • FeO + CO→ Fe + CO2
• 渗碳：
渗碳
• 3Fe + CH4 → Fe3C + 2H2
冷
反应
• 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.2 还原铁所需还原气来源
生物热解气---其性质与煤热解气相似。 垃圾热解气---其性质与煤热解气相似。 焦炉气、煤热解气、生物热解气、垃圾热解气用于还原气是一个很好的方向 ，可以变“废” 为宝。 煤制气---通过煤气化、变换调整到合适的碳氢比，通过净化提高有效气含量 。这种技术在煤化工 领域有着大量的应用实例。 既然国内油气资源缺乏，且价格高居不下，焦炉气、热解气受资源限制，因 此，以低质煤为原料制造还原气是一个重要的研究方向。
2.2 还原铁所需还原气来源
下列气体可作为还原气： 天然气---天然气经过转化，生成含有一氧化碳、氢气和部分甲烷的还原气。 在伊朗、印度等还原铁发展较快的国家大多采用天然气为原料。国内，天 然气供不应求，价格高居不下，如采用天然气为还原气来源，势必造成生 产成本过高。 焦炉气---焦炉气中含有约45%的氢气、10%的CO和25%的甲烷，可以经 过甲烷转化制造出还原气， 目前正在施工过程的中晋太行还原铁项目采用 此种气源。 煤热解气---煤热解气中含有约30%的氢气、6%的CO和38%的甲烷，可以 经过甲烷转化制造出还原气。
煤制气_竖炉生产直接还原铁浅析_王兆才
第２３卷第１期 ２０１３年１月 中国冶金Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ ２０１３煤制气－竖炉生产直接还原铁浅析王兆才１， 陈双印１， 储满生１， 柳政根１， 张健伟２（１．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳１１０８１９；２．本钢（集团）实业发展有限责任公司，辽宁本溪１１７０００）摘 要：以国内磁选铁精矿为原料制备的氧化球团综合性能良好，可作为竖炉直接还原用氧化球团。
国内适合于煤气化的褐煤和低变质烟煤资源储量较大，占煤炭资源总量的５０％以上，可以满足煤化工发展的需求。
综合煤种需求、生产能力、煤气品质以及能耗指标，选取适宜的煤气化工艺，形成以煤制合成气为还原剂，以竖炉为反应器的煤制气－竖炉直接还原炼铁新工艺，是天然气匮乏而煤资源丰富的中国发展直接还原铁生产、实现低碳高效炼铁的有效途径。
关键词：竖炉；煤制气；氧化球团；直接还原铁中图分类号：ＴＦ ０４６．６，ＴＦ ５５４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－９３５６（２０１３）０１－００２０－０６Ｔｅｎｔａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｒｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｈａｆｔ ＦｕｒｎａｃｅＷＡＮＧ Ｚｈａｏ－ｃａｉ １， ＣＨＥＮ Ｓｈｕａｎｇ－ｙｉｎ１， ＣＨＵ Ｍａｎ－ｓｈｅｎｇ１，ＬＩＵ Ｚｈｅｎｇ－ｇｅｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｗｅｉ ２（１．Ｓｃｈｏｏｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｎｘｉ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｎｘｉ １１７０００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｐｅｌｌｅｔｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ，ｓｈｏｗ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎ－ｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｇａｓ－ｂａｓｅｄ ｓｈａｆｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎ．Ｌｉｇｎｉｔｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｍｅｔａ－ｍｏｒｐｈｉｃ ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ５０％ｏｆ ａｌｌ ｃｏａｌ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ－ｓｈａｆｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎ－ｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｃｏａｌ－ｆｏｒｍｅｄ ｇａｓ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔａｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｆｕｒｎａｃｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅ－ｍａｎｄ ｏｆ ｃｏａｌ，ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏａｌ ｇａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｃａｒ－ｂｏｎ ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ ｉｎ ｃｈｉｎａ ｗｈｅｒｅ ｎａｔｕｒｅ ｇａｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｐｏｏｒ ａｎｄ ｎｏｎｃｏｋｉｎｇ ｃｏａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｒｉｃｈ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｆｔ ｆｕｒｎａｃｅ；ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｐｅｌｌｅｔ；ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｒｏｎ基金项目：国家自然科学基金重大项目（５１０９０３８４），中央高校基本科研业务费资助项目（Ｎ１１０２０２００１，Ｎ０９０６０２００５）作者简介：储满生（１９７３－），男，博士，教授； Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｕｍｓ＠ｓｍｍ．ｎｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ； 收稿日期：２０１１－１１－２９ 目前钢铁工业居主导地位的流程是：高炉炼铁－转炉炼钢－连铸－连轧，其中炼铁流程是由焦化、造块、高炉炼铁三大工序组成。
煤制气技术现状及工艺探究
煤制气技术现状及工艺探究摘要：目前熔融还原技术普遍存在高温煤气物理热浪费以及输出煤气质量不高的问题，同时现行煤制气工艺又面临技术单一和水资源消费高等现状。
近年来，熔融还原炼铁结合煤制气的一体化工艺因恰好弥补两单一工艺的缺点而受到越来越多的关注。
基于此，本文针对煤制气技术现状及工艺进行了分析。
关键词：煤制气；技术现状；工艺研究引言大力推进清洁煤的使用是国家对节能减排、低碳发展重视的必然结果，而且我国又是一个“富煤、贫油、少气”的国家，拥有丰富的煤炭资源，因此充分利用煤炭资源，是我国的一项长远的基本国策。
除此之外，在非高炉炼铁领域，气基竖炉技术工艺成熟，操作简单，是非髙炉炼铁最重要的发展方向，气基竖炉的发展同样面临天然气资源短缺和煤制气技术设备投资以及运行成本等问题。
因此发展煤制气技术刻不容缓，并且要以低消耗、低污染和高效能为发展方向。
采用煤制气不仅能够使煤炭能源利用率得到很大地提升还能缓解环境污染问题，适应目前国内天然气匮乏而煤资源丰富的发展现状。
1.煤制气技术现状随着经济发展越来越迅速，我国对于以煤炭为主的能源消耗也逐渐提升，使得空气污染日益严重。
为了改善大气质量变差的现状，国家开始积极推动煤炭清洁化，其中，煤制气技术就是我国煤炭利用的主要发展方向和发展途经之一，发展煤制气可以缓解我国天然气供需矛盾，为一些需要煤气需求量大的工艺提供便利。
目前，煤制气技术已相对成熟，并且其使用途径也越来越受到政府的重视。
根据相关研究表明，我国煤炭资源不仅能够满足煤制气技术发展对原料的需求，而且具备良好的经济优势，并且发展煤制气的积极性也越来越高，这使得煤制气具有一定的发展空间。
但是现行的煤制气技术还是存在一些问题。
（1）目前现有的煤制气技术各有优劣势，主要问题是气化工艺中能耗高，不符示范项目指标要求，并且在实际应用过程中仍然面临着处理困难、污染环境、二氧化碳排放等问题。
尤其对于单一煤制气技术来说，生产过程中难以解决上述存在的问题。
直接还原讲课材料---煤制气!!
BGL熔渣气化技术是一种高效先进的煤气化技术，可气化石油焦、 无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合投料，冷煤气 效率高（>89％）、碳转化率高（>99.5%）、热效率高、氧耗低、 系统运行可靠性高、维护费用低。BGL熔渣气化技术可用于工业燃 气、发电、替代天然气（SNG）生产、化学品生产等领域。99.5％ 以上的碳转化为气体后，煤中剩余的矿物质在高温下熔化，经循环 水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排出，排出的熔 渣无污染，可作为副产品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深
库。经过湿洗系统的合成气被迸一步的湿洗和冷却后，分两路送出，一路 被送往变换，一路被送往激冷压缩机。第三路被送至合成气缓冲罐作为燃
料气使用。
气流床气化过程是煤炭在高温下的多相热力学反应，它所涉及的的化 学反应和传递过程很多，反应过程十分复杂。
三、Shell煤气化技术特点 1、干粉进科 Shell煤气化技术采用干煤粉进料，利用加压N2输送，连续性好，便 于操作。 2、煤种的适应性广 由于Shell气化炉采用于煤粉进料和气流床气化．因而煤种的适应范 围较宽，在添加合适的助熔剂或严格的配煤比的条件下，对于较高水 分、灰熔点、灰分和含硫量的煤种适应性较强。 3、热效率高
埋。气化废水主要来自投料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽，水量
小，有机含量的浓度高，有利于在较低生产成本下分离处理，回收 的苯酚作为副产品具有较高商业价值。
一、BGL熔渣气化技术优点
1. 综合优势强 结合了熔渣气化技术高气化率、高气化强度的优点和移动床加压气 化技术氧耗低和炉体结构廉价的优点。克服了熔渣气化技术能耗高、
由于BGL气化技术的设计特点，炉内靠近炉壁处温度和粗气出口处温
度较低，气化炉炉体和附属设备可采用常规压力容器钢材，在中国 就近加工制造，大幅度降低了制造，运输和安装的成本，大大缩短
煤制气炼钢VS煤直接还原铁的探讨
煤制气炼钢VS煤直接还原铁的探讨作者：曹太彬来源：《卷宗》2020年第17期摘要：煤制天然气炼钢，代表了行业发展大趋势，经济、节能和环保。
中国对煤制气的研究、国产化技术都很成熟。
通过煤耗的计算，煤制气炼钢耗煤24.67万吨，大大少于煤基直接还原炼铁工艺的150万吨煤。
推算出可以不建井工煤矿，节省的投资40.88亿元，投入到煤制气炼钢，总投资还减小，煤制气的天然气价格也低。
目前中国的非焦煤直接还原铁技术更是落后于世界。
少建设2台15万千瓦的火电机组，开发luhuhu河的水电资源，进一步降低电的成本。
开展煤制气炼钢的循环发电技术和钢铁余热发电弥补。
本文通过对煤直接还原铁和煤制气炼钢的对比，认为应该采用煤制气炼钢技术。
关键词：炼钢工艺与比较;煤单耗;节能降本;节省投资1煤基直接还原铁技术代表行业发展趋势在2011年，某中资企业中标，与非洲T国的国家开发公司NDC联合开发N省L县的煤电钢项目。
建设60万/年露天煤矿和240万吨/年的井工煤矿、4x150MV的火电机组和100万吨/年钢材，投资30亿美元，合同规定期限20年。
中资控股80%，NDC以资源入股占20%。
某公司经过勘探，证实是弱粘煤而不是炼钢用的焦煤[1]。
某中资公司近几年一直致力于煤基直接还原炼铁技术的研究。
通过在武汉的实验，年产100万吨钢，需要150万吨煤。
加上4台15万千瓦时发电机组，一年要300万吨煤。
因此《可研报告》设想的是露天20年，规模60万吨/年，井工240万吨/年。
T国的国家意志是要低价格的电，所以该国的优惠政策至今都没有对外公布。
非焦炼铁技术是当今钢铁生产工艺中最受关注的技术之一。
根据产品的形态不同，非焦炼铁技术可分为直接还原（DRI）和熔融还原两种工艺方法。
直接还原是以非焦煤为能源，在不熔化不造渣的条件下，原料保持原有物理形态，铁的氧化物经还原获得以金属铁为主要成分的固态产品的技术方法。
直接还原炼铁工艺分为气基直接还原和煤基直接还原。
直接还原铁(海绵铁)生产工艺方案选择
直接还原铁（海绵铁）生产工艺方案选择还原铁工艺根据使用还原剂的不同，可分为两大类：使用气体还原剂的气基直接还原法和使用固体还原剂的煤基直接还原法。
气基直接还原法，主要分布在中东、南美等天然气资源丰富的地区，这些地区以电炉短流程为主的钢铁工业也得到迅猛发展。
代表工艺为Midrex竖炉法、HYL、反应罐法和流态化法。
煤基直接还原法，主要分布在南非、印度、新西兰等地，天然气资源有限，但有优质的铁矿资源和丰富的煤炭资源。
代表工艺有SL-RN法和Krupp法。
我国从能源储量和合理利用考虑，还不能为冶金工业生产提供足够的天然气，即使有气可用，成本也太高，生产一吨直接还原铁，若用天然气要400-500m3，天然气部分的成本就占600-750元；若用煤气，要1600m3，煤气成本1600元。
因此气基直接还原在我国无法实现。
目前在我国使用的工艺有隧道窑工艺、回转窑工艺和转底炉工艺三种，均为煤基还原法。
回转窑工艺的特点：机械化程度较高、劳动强度较低，但存在着产品成本高、投资大、易于发生结圈故障、产品质量不高、产品分化率高、对原料及还原剂要求苛刻、生产效率较低、热效率低、填充系数低等缺点，在国内有几家使用过，除天津大无缝钢管厂通过几年的调整才算基本稳定外，其它几家均不太稳定，有的已经停产。
转底炉工艺的特点：该工艺有机械化程度较高、还原速度快的优点，但产品品位无法提高，投资较大，适用于钢铁粉尘处理，在直接还原铁领域还无大规模生产先例。
隧道窑工艺的特点：具有工艺成熟可靠、投资少、见效快、产品品位高且稳定、操作简单、设备运行稳定、能耗低、对原料的要求不苛刻、规模灵活、填充系数高（一般在30%以上）等优点。
但也存在着占地面积长度方向较长、由反应罐带来的成本高的缺点。
在我国有十几家直接还原铁厂在使用，属成熟可靠使用最多的工艺。
针对各种工艺的优缺点，结合实际情况进行选择。
焦炉煤气竖炉法生产直接还原铁的煤气用量探讨
关键词 ：焦 炉煤气 ；竖炉 ；直接还原铁
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｆ５７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１７ －６ ０ ２ １ ）２０ ８ － ６ １６２ （ ００ ０ －０ ８０ ４
Ａ ｉｃ ｓ ｉ ｎ ｏ ｏ ｕｍ ｐ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｏ ｅ ａ ｄ ｓ ｕ ｓｏ ｎ ｃ ｎｓ ｔｏ ｆ ｃ ｋ － ｖ ｎ ｇ ｓ ｆ ｒ ＤＲＩ ｐ ｏ ｕｃ ｉ ｎ ｉ ｈａ ｔｆ ｎ ｃ ｏ ｒ ｄ ｔｏ ｎ ｓ ｆ ｕｒ ａ ｅ
益提 高 ， 其是 电炉 钢 比例 的增 加 和 冶金 短 流 程 尤
效利用焦炉煤气 ， 已经成为当前科研工作 者们 的 研究 焦点 ．
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• 固定床气化可分为常压气化、加压固态排渣气化、加压熔渣气化。
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
常压固定床气化
• 常压固定床气化技术是一项古老的煤气化技术，上20世纪30年代开始采用，原料 是无烟块煤或焦炭，中国山西晋城的块煤或焦炭是上好原料。
2.2 还原铁所需还原气来源
下列气体可作为还原气： 天然气---天然气经过转化，生成含有一氧化碳、氢气和部分甲烷的还原气。 在伊朗、印度等还原铁发展较快的国家大多采用天然气为原料。国内，天 然气供不应求，价格高居不下，如采用天然气为还原气来源，势必造成生 产成本过高。 焦炉气---焦炉气中含有约45%的氢气、10%的CO和25%的甲烷，可以经 过甲烷转化制造出还原气， 目前正在施工过程的中晋太行还原铁项目采用 此种气源。 煤热解气---煤热解气中含有约30%的氢气、6%的CO和38%的甲烷，可以 经过甲烷转化制造出还原气。
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2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
国内外气基竖炉区别
天然气-气基竖炉工艺流程
煤制气-气基竖炉工艺流程
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2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
炉顶气出口
矿石进口
还原 反应
还原气进口
• 赤铁矿还原成磁铁矿
• 3Fe2O3 + 3H2 → 2Fe3O4 + H2O • 3Fe2O3 + CO→ 2Fe3O4 + CO2 • 磁铁矿还原成氧化亚铁
却
• 3Fe + CO + H2 → Fe3C + H2O
渗
碳
段
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O(g) △H = 95,484 kJ
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 △H = -28,085 kJ
22 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术 1
2.1 气基竖炉对还原气性质的要求
根据煤气化炉的结构特点和燃料在气化炉内进行转化时的运动方式，煤气化工艺可分 为三种类型：固定床（移动床）、流化床和气流床。
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.4.1 常见的煤制气技术
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.4.1.1 固定床（移动床）气化
• 固定床煤气化炉的主要特点是：炉内气体流速较慢，煤粒静止，停留 时间1~1.5h，操作条件为：温度800~1000℃；分为常压气化和加压 气化（4MPa）；原料煤粒径3~30mm。用煤要求具有高活性、高灰 熔点、高热稳定性。
（1）还原性气体（H2、CO）浓度高； （2）需要一定含量的甲烷气，一般要求CH4含量2~5%，用于渗碳； （3）H2/CO 不同的工艺要求不同， 最低1.5， 最高 5.6； （4）还原气压力低 （0.1—0.8 MPaG）； （5）煤气热值要求一般约为2300kcal/Nm3。
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.2 还原铁所需还原气来源
生物热解气---其性质与煤热解气相似。 垃圾热解气---其性质与煤热解气相似。 焦炉气、煤热解气、生物热解气、垃圾热解气用于还原气是一个很好的方向 ，可以变“废” 为宝。 煤制气---通过煤气化、变换调整到合适的碳氢比，通过净化提高有效气含量 。这种技术在煤化工 领域有着大量的应用实例。 既然国内油气资源缺乏，且价格高居不下，焦炉气、热解气受资源限制，因 此，以低质煤为原料制造还原气是一个重要的研究方向。
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2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术 成熟的气基竖炉工艺
➢ 目前，气基竖炉技术已实现工业化接近半个世纪。
➢ 2013年产品直接还原铁的产量为7522万吨，78.6%为气基竖炉生产。
➢ 全球100多套气基竖炉项目均由天然气重整制取富氢气体，集中在南美、中东 等地区。
➢ 对于我国“贫油少气富煤”的能源结构，需要开发以煤制备还原气的气基竖炉 炼铁工艺。
1. 2013年我国的粗钢产量已达7.79亿吨，占全球总 产量的48.5%，铁矿石对外依存度超过60%; 2. 钢铁行业整体亏损，生存艰难； 3. 钢铁工业污染物排放占到工业排放总量的45%以 上，是大气雾霾的重要成因； 4. 高炉炼铁仍占绝对地位，对优质焦煤和优质铁矿 石依赖性强，消耗大量的优质资源。
• Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O • Fe2O3 + CO→ 2FeO + CO2 • 氧化亚铁还原成金属铁
• FeO + H2 → Fe + H2O • FeO + CO→ Fe + CO2
• 渗碳：
渗碳
• 3Fe + CH4 → Fe3C + 2H2
冷
反应
• 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.3 煤制气流程
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122 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
2.4 煤气化
煤气化技术的发展可分为三个阶段： 第一阶段：早在二十世纪五十年代已实现工业化，后因天然气、石油大量开发， 煤气化发展一度停止； 第二阶段：二十世纪七十年代初，国际上出现能源危机，发达国家出于对石油天 然气供应紧张的担忧，纷纷把煤气化技术作为替代能源重新提到议事日程，并加 快煤气化新工艺研究； 第三阶段：近十年来，国外很多公司为了提高燃煤电厂热效率，减少对环境污染， 对煤气化联合循环发电技术进行了大量的工作，因而促进了煤气化技术的开发。
• 块煤的粒度为25~75mm。 • 固定床间歇气化技术成熟、工艺可靠、投资较低、不需要空分制氧装置。但气化
需要的无烟煤块或焦炭价格较高，而筛粉煤堆积、资源利用率低、环保污染严重。 固定床间歇气化技术目前在中国的合成氨及工业煤气行业仍有数千台气化炉在运 转。因为环保污染问题，这种造气炉将逐步被淘汰。 • 固定床富氧连续气化是在间歇气化基础上发展起来的气化技术，取消了吹风气， 改善了环境影响。 • 常压固定床气化单炉发气量低、占地面积大，合成气中含有一定量的氮气，对还 原气的有效气浓度有影响，对原料煤要求严格。但其投资最低。 • 生成的水煤气中，φ（CO+H2）体积分数达80%~85%。甲烷含量 1%左右。合成 气为常压，作为还原气压力低，甲烷含量低，所需原料价格高。
适用于直接还原铁的煤制气方案
2014年11月 苏州来自提纲钢铁行业现状 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
1 钢铁行业现状
钢铁工业转型升级势在必行！！！
焦煤 铁矿石
炼铁工序
炼钢工序
轧钢工序
热处理工序
焦化炉 烧结炉
高炉
转炉或电炉
连铸
铁水
钢水
加热炉 连铸坯
连轧 棒、板 带、管
深加工
热处理炉
高炉炼铁流程长、能耗高、污染 大；炼铁工序能耗约占钢铁生产 过程总能耗70%，污染物排放占 90%。