适用于直接还原铁煤制气方案
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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。
• 从上到下，按煤气炉内的生产特性分为三层：干燥层、干馏层和气化 层，床层无扰动，故称固定床，随着煤从顶部加入，各层逐次下移， 故又称移动床。
• 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。
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。
• 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。
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
10
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。
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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。
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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。
• 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
适用于直接还原铁的煤制气方案
2014年11月 苏州
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%。
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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。
（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
2
2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
国内外气基竖炉区别
Hale Waihona Puke Baidu
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
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。
• 从上到下，按煤气炉内的生产特性分为三层：干燥层、干馏层和气化 层，床层无扰动，故称固定床，随着煤从顶部加入，各层逐次下移， 故又称移动床。
• 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。
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。
• 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。
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。
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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。
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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。
• 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
适用于直接还原铁的煤制气方案
2014年11月 苏州
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%。
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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。
（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
2
2 气基竖炉工艺介绍及煤制气技术
国内外气基竖炉区别
Hale Waihona Puke Baidu
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