錢良豐

　　米德雷克思

背景：為了向天然氣資源缺乏的地區(qū)提供直接還原工藝解決方案，米德雷克思公司早在1990年代就已開始研發(fā)基于煤制合成氣的直接還原工藝，并于1999年成功應(yīng)用在南非薩爾達(dá)娜鋼鐵廠，其還原氣是COREX工廠的輸出煤氣。此后又在印度金達(dá)爾鋼廠再次使用其COREX工廠的輸出煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，這兩座商業(yè)化工廠的穩(wěn)定運(yùn)行證明煤制氣直接還原技術(shù)已發(fā)展成熟。直接采用煤制氣技術(shù)生產(chǎn)合成氣，用于米德雷克思直接還原豎爐的工藝也已在印度金達(dá)爾鋼電工廠得到實(shí)現(xiàn)，該廠的煤制氣工藝采用的是魯齊固定床氣化技術(shù)，于2014年8月份投產(chǎn)，至今生產(chǎn)穩(wěn)定，這標(biāo)志著煤制氣直接還原已成為一項(xiàng)成熟可靠的工藝技術(shù)。

　　1 煤制氣直接還原技術(shù)的工藝難點(diǎn)

　　天然氣基直接還原技術(shù)早在上世紀(jì)70年代就已發(fā)展得相當(dāng)成熟，而煤制氣基直接還原直至1999年才實(shí)現(xiàn)世界第一座基于COREX輸出煤氣的直接還原工藝的突破，在2014年才終于在印度由米德雷克思建成世界第一座真正基于煤制氣的直接還原工廠。煤制氣直接還原發(fā)展緩慢的原因主要在于兩點(diǎn)：首先煤制合成氣的CO/H2比要遠(yuǎn)大于天然氣重整氣，由于CO還原反應(yīng)是放熱反應(yīng)，H2還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，高還原氣CO/H2比會(huì)導(dǎo)致豎爐爐料在還原過程中升溫，如果還原氣在豎爐內(nèi)分布不均勻，會(huì)使局部區(qū)域過熱而發(fā)生粘結(jié)。這是豎爐生產(chǎn)最忌諱的問題，一旦豎爐發(fā)生粘結(jié)將很逆轉(zhuǎn)，因?yàn)檎辰Y(jié)會(huì)導(dǎo)致氣流分布的更不均勻，最終迫使豎爐只能進(jìn)行清空處理。另外一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)是合成氣的加熱技術(shù)，在合成氣加熱過程中容易發(fā)生析炭反應(yīng)造成設(shè)備管道堵塞及豎爐生產(chǎn)故障。米德雷克思直接還原技術(shù)在70多座工廠的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)踐中不斷發(fā)展完善，已掌握解決相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)的訣竅。

表1 不同燃料生產(chǎn)還原氣氫氣與一氧化碳比值

　　2 煤制氣直接還原技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　煤制氣直接還原技術(shù)可以利用普通的煤炭甚至劣質(zhì)煤炭資源生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的煉鋼原料，打破高爐煉鐵對(duì)焦煤資源的依賴。因不需要使用燒結(jié)礦和焦炭，也就消減去鋼鐵冶金中最主要的污染排放源。煤制氣直接還原工藝物料流和能源流的集中度更高，能源利用效率得到顯著提高。豎爐還原只有氣固兩相反應(yīng)，原理簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)易，生產(chǎn)操作穩(wěn)定，勞動(dòng)效率高。生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，為持續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品提供了前提保證。煤制氣工藝設(shè)置的脫硫單元能有效脫除煤炭中的硫份，使直接還原產(chǎn)品的硫含量達(dá)到非常低的水平。

　　3 直接還原鐵對(duì)于鋼鐵產(chǎn)業(yè)的價(jià)值

　　煤制氣直接還原工藝使用清潔的合成氣為燃料，可以完全避免高爐流程高溫反應(yīng)而由燃料帶入非鐵金屬元素硅、錳、鎳、鉻、鈦、釩、砷、銻、鉍等及硫、磷等有害雜質(zhì)元素，統(tǒng)計(jì)顯示直接還原鐵中這些有害雜質(zhì)元素的含量比生鐵低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。在國外電爐冶煉鋼廠，直接還原鐵是純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)的不可缺少的高質(zhì)量配料。另外直接還原鐵的含碳量可以根據(jù)下游工序需要靈活控制，碳含量可以設(shè)定為從0.5%到2.5%之間的任意值。這項(xiàng)特性可以根據(jù)電爐原料組合配置出最佳爐料綜合含碳量，達(dá)到最佳的氧氣吹煉負(fù)荷和熔池脫氣氛圍，能提高生產(chǎn)效率。

圖1 直接還原鐵質(zhì)量

　　4米德雷克思煤制氣直接還原工藝

　　米德雷克思煤制氣直接還原工藝采用天沃綜能的流化床煤制氣技術(shù)，使用2-6 mm粒度范圍的粉煤，流化床的工藝特性決定其床層各處溫差非常小，氣化溫度控制在900℃到1000℃，煤氣中的高分子碳?xì)浠衔锍浞至呀?，不含焦油、酚、三苯、氰化物，因此其水污染物排放非常低。另外該工藝?duì)煤炭品種的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，可以使用高灰高內(nèi)水煤。天沃綜能煤制氣工廠生產(chǎn)的煤氣經(jīng)脫硫脫CO2后不需調(diào)整成份，可直接送直接還原工廠在加熱后作為還原氣。豎爐頂煤氣在脫除CO2和H2O后經(jīng)加壓循環(huán)使用，部份頂煤氣送至加熱爐作為燃?xì)馐褂谩?br />
……