基于直接还原铁生产的煤气化技术进展

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1、基于直接还原铁生产的煤气化技术进展郭豪,赵志龙,全强,樊波（中冶京诚工程技术有限公司,北京100176）摘要：气基还原技术必须以优质、稳定的还原气作为气源，针对我国目前的能源结构特点和国家相关产业发展政策，只有发展低成本、适宜的煤制气技术才是促进我国直接还原铁技术发展的关键。通过对几种典型的煤气化工艺进行了对比分析，并结合直接还原工艺对煤气技术指标的要求，提出了发展煤气化直接还原炼铁技术的关键技术和发展方向。关键词：气基还原；直接还原铁；煤制气1前言2012年世界直接还原铁产量达7402万吨，占总铁产量7

2、.5%。其中气基的产量为5463万吨，占世界直接还原铁总产量的73.8%；煤基产量占世界直接还原铁产量的25.7%；由此可见气基竖炉(Midrex、HYL-III、ZR)在直接还原工艺中占据主导地位。我国现有能源的特点是贫油少气，煤炭储量丰富，但分布极不平衡。如果能利用煤制气技术生产还原气体，这对于天然气缺乏而煤资源相对富裕的我国来说，重塑既能减轻对环境的污染和又可以充分利用自身资源的钢铁冶金短流程，是符合我国国情的最佳选择。无论从全球经济一体化，还是地区资源条件和企业的能源安全考虑，都必须重视以煤为基础

3、的能源结构，发展用煤气化来生产直接还原铁工艺是正确方向[1-2]。2国内外煤气化技术发展煤炭气化技术是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧、水蒸气、二氧化碳或氢气为气化介质，使煤经过部分氧化和还原反应，将其在所含碳、氢等物质转化成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程。对此气体产品进一步加工，可制得其它气体、液体燃料或化工产品。它是煤炭化工合成、煤炭直接、间接液化、IGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术的先导性技术和核心技术。以煤气化为基础的能源及化工系统已成为世界范围内高效、清洁

4、、经济地利用煤炭资源的热点技术[3-6]。2.1煤气化技术发展方向1）加压气化：提高压力有利于提高气化炉的生产能力，同时大大减少气体净化的投资，并降低压缩耗能；·7·2）高温气化：使煤中的挥发分和可燃组分充分转化，其它组分也在高温下得到钝化，得到的产品煤气较纯净，三废问题少；3）粉煤气化：通过增大煤的比表面积提高气化反应速率，从而提高气化炉的单炉生产能力和碳转化率；4）液态排渣：灰渣以高温熔融态排出气化炉，经过高温处理的炉渣，大多为隋性物质，无毒无害；5）纯氧气化：降低惰性气升温降温造成的热损，并减少气化

5、剂压缩的能耗，提高气化效率，使加压高温熔渣气化更经济可行；6）气化炉大型化：适应现代工业大型化规模化集约化发展，有利于降低投资，提高项目建设经济性。2.2几种典型的煤气化工艺解析2.2.1Lurgi煤气化技术Lurgi气化工艺于20世纪30年代由德国鲁奇公司发明，第一座商业化厂建于1936年，鲁奇气化工艺在世界上广泛应用，生产城市煤气和为各种用途（如NH3、甲醇、液化燃料产品生产合成气）。Lurgi气化工艺属自然式逆流移动床连续加压气化工艺技术，该工艺以碎煤为原料，以氧气及蒸汽为气化剂，在2.8~4.0M

6、Pa压力作用之下，气化剂通过炉内旋转的炉蓖均匀分布，与碎煤在气化炉内部逆流接触，产生一定量的粗煤气离开气化炉。煤的气化过程中从上到下分为五层，分别为干燥预热层、干馏层、气化层、燃烧层、灰层。气化炉外部使用水夹套，生产中压蒸汽以降低气化炉炉壁温度。煤和灰分别通过交变负荷操作的煤锁和灰锁，进入或者离开气化炉[7]。2.2.2Texaco煤气化技术Texaco工艺是在20世纪50年代初，由美国德士古公司在重油部分气化基础上开发的，20世纪70年代末建设了2套示范装置，1983~1985年分别在美国和日本建设了3

7、套商业化装置。它是迄今为止商业运行经验最丰富的气流床气化工艺，现为美国通用电气公司GE公司所有。Texaco工艺有激冷流程、废锅流程和半废锅流程，应用最多的为激冷流程[8]。Texaco工艺的气化及煤气指标特点主要有：1）气化压力可在2.16~8.17MPa选择；2）有效气含量约80%，且CO/H2比值有较宽幅度的可调性适于制造合成氨、甲醇、醋酸、含氧化合物等多种化工产品以及城市煤气；·7·3）对烟煤、褐煤、粘结性煤、高硫煤、无烟煤和焦炭均能气化，对采煤粒度无任何特殊要求，占煤矿机械化采煤30%的粉煤也可

8、得到充分利用。还可以掺烧生活垃圾、废塑料、废轮胎、城市生化处理污泥等，几乎可以使用所有的碳氢化合物，制成含炭流体作为气化原料。4）德士古煤技术为水煤浆进料气化，流程简单，连续运行，生产全过程采用DCS计算机进行自动程序控制，安全可靠性较高。5）碳的转化率>98%，产生的高温煤气可采用间接或直接的方式回收热能，能源综合利用效果好。2.2.3Shell煤气化技术壳牌的石化燃料气化技术可以追溯到20世纪50年代，几乎与Texaco公