鞍山鋼鐵集團(tuán)

　　1北美頁巖氣革命

　　當(dāng)今的世界普遍重視能源的開發(fā)發(fā)展，特別關(guān)注氣體資源能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與改革，成為發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要元素。美國突破頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，顛覆式發(fā)展頁巖氣工業(yè)，改變美國的能源結(jié)構(gòu)，美國由能源進(jìn)口國跨越成為能源出口國，奧巴馬稱之為美國頁巖氣革命。當(dāng)今的美國已經(jīng)向歐亞各國大量出口液化天然氣（LNG），這種氣體資源長距離運(yùn)輸出口（特殊高壓，冷裝，運(yùn)輸船）又稱氣體資源運(yùn)輸?shù)母锩?，推?dòng)了頁巖氣革命。

　　頁巖氣革命引發(fā)美國鋼鐵工藝流程的再造，美國鋼鐵流程中的長流程（BF-FOB）與短流程（DR-EAF）長期共存，其中長流程占80%，短流程約占20%。由于頁巖氣的突飛猛進(jìn)的發(fā)展， 價(jià)格低廉，組分與天然氣相同的頁巖氣代替天然氣用于生產(chǎn)DRI，從而改變兩種流程的格局，推進(jìn)DR-EAF短流程的新發(fā)展，據(jù)報(bào)道北美鋼鐵工業(yè)DRI工藝的鋼鐵廠有10家在運(yùn)營或正在建設(shè)中。2015年，美國直接還原鐵的年產(chǎn)量總計(jì)為920萬噸，DRI超出常規(guī)的發(fā)展推動(dòng)了鋼鐵業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和鋼鐵流程的再造。

　　首先，改善鋼鐵廠內(nèi)工藝氣體的平衡，降低鋼鐵廠的能耗指標(biāo)。在長流程鋼鐵廠中（BF-BOF流程）產(chǎn)生多種工藝氣體，如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等，當(dāng)兩種工藝流程并存構(gòu)建以后，合理高效利用工藝氣體，將成為新型鋼鐵廠節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)，例如焦?fàn)t煤氣不用作燃料而用作還原劑，代替焦炭。高爐煤氣屬于低熱值煤氣（LHV），只能與高熱值煤氣聯(lián)合配合使用，轉(zhuǎn)爐煤氣由于CO含量高，適合用于化工合成工藝?？傊撹F生產(chǎn)過程中的氣體和能量必須進(jìn)行工藝平衡和能量平衡，在必要的情況下（能源短缺）也可外購天然氣參與平衡（見世界金屬導(dǎo)報(bào)2018.9.4,B12版，系統(tǒng)中氣體流圖1）。為了保證系統(tǒng)中COG可用性最大化，在加熱爐中使用高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐氣的混合氣體，最大限度使用長流程生產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，可使噸還原鐵的能耗達(dá)到2GJ/tDRI。

　　其次，考慮到長流程（BF-BOF）與短流程（DR-FAF）共存模式的需要，可以采用其他流程，例如向高爐或轉(zhuǎn)爐中加入熱壓鐵塊或冷直接還原鐵，大大改善鋼鐵廠各項(xiàng)技術(shù)操作指標(biāo)，在典型的DR-EAF短流程中，采用天然氣為還原氣源，為了使運(yùn)行成本和CO2排放最優(yōu)化，采用熱送技術(shù)，將熱還原鐵送入EAF中，可使EAF的電耗降到385kWh/tLS，這是阿聯(lián)酋鋼鐵廠的成功實(shí)踐之一。

　　另外，特別值得提及的是長流程噸鐵CO2排放量為1600公斤而短流程CO2排放量為800公斤，按CO2交易規(guī)則計(jì)算，大大影響鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)行成本，僅此而言，在當(dāng)前價(jià)格情況下，短流程（DR-EAF）比長流程（BF-BOF）的運(yùn)行成本顯著降低。

　　2 中國焦?fàn)t煤氣革命

　　中國的頁巖氣和可燃冰資源相當(dāng)可觀，但實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，還需時(shí)日。由于我國天然氣產(chǎn)能相對短缺，急需一種合適的氣體能源資源來滿足我國鋼鐵工藝流程再造的需要和氫資源開發(fā)的需要。必須用戰(zhàn)略思維、革命的精神來應(yīng)對，合理利用焦?fàn)t煤氣改變能源結(jié)構(gòu)，或稱中國焦?fàn)t煤氣革命。

　　焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生和發(fā)展，還是要從中國的鋼鐵工藝發(fā)展歷程談起。我國鋼鐵工藝流程，由于歷史原因和資源的限制，長流程（BF-BOF）約占90%以上。有了高爐，必然有相應(yīng)規(guī)模的焦化廠。焦化廠生產(chǎn)大量高化學(xué)能的（含氫60%以上）氣體資源，為鋼鐵工藝短流程（DR-EAF)提供氫資源和高質(zhì)量的還原劑，為鋼鐵工藝流程再造提供發(fā)展機(jī)遇，為鋼鐵轉(zhuǎn)型升級創(chuàng)造資源條件。

　　統(tǒng)觀全球直接還原鐵生產(chǎn)幾乎全部采用天然氣作為氣體資源，生產(chǎn)直接還原鐵。由于我國天然氣相對短缺，發(fā)展直接還原工藝受阻，經(jīng)過研究實(shí)驗(yàn)表明，用焦?fàn)t煤氣代替天然氣生產(chǎn)直接還原鐵（DRI）無論是經(jīng)濟(jì)上，還是技術(shù)上都是合理的，其理由如下：

　?。?）中國高爐鐵的產(chǎn)能已達(dá)9-10億噸年占全世界鐵產(chǎn)量60-70%，而焦炭年產(chǎn)量高達(dá)4-5億噸，焦?fàn)t煤氣年產(chǎn)量為3000-4000億立方米。合理、高效地利用焦?fàn)t煤氣，完全可以補(bǔ)上我國天然氣短缺的短板，可謂我國的一次能源革命。

　?。?）焦?fàn)t煤氣是高化學(xué)能氣體資源，是寶貴的氫資源，是不可多得的還原劑。充分利用其應(yīng)用本能，可以釋放巨大正能量，改變能源領(lǐng)域的傳統(tǒng)格局。長期以來，巨額焦?fàn)t煤氣的利用被扭曲，將含60%H2的焦?fàn)t煤氣用作燃料或用作發(fā)電。由于H2的熱值僅為2586kCal/m3，焦?fàn)t煤氣被用作燃料是低效益的，而改變這種狀況是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須用創(chuàng)新的思維轉(zhuǎn)型升級，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，構(gòu)建直接還原鐵電爐煉鋼短流程工藝（DR-EAF），保持鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　?。?）焦?fàn)t煤氣合成氨大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)裝置為我國在40年前首創(chuàng)。焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇、乙二醇裝置國內(nèi)多有生產(chǎn)，為焦?fàn)t煤氣的利用開辟新路徑，為利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐，積累了技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為焦?fàn)t煤氣革命打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

　?。?）從焦?fàn)t煤氣和天然氣的組分分析中不難看出，焦?fàn)t煤氣的最大優(yōu)勢在于焦?fàn)t煤氣中含H2為60%，而天然氣中含氫為0%，焦?fàn)t煤氣中CH4為26%，而天然氣中CH4含量為92-95%。由此可見，當(dāng)原料氣轉(zhuǎn)化、重整時(shí)，焦?fàn)t煤氣生成的還原介質(zhì)（H2+CO）產(chǎn)率高，從而降低DRI能耗。而天然氣熱裂解時(shí)，由于CH4含量過高，故耗熱高（高于焦?fàn)t煤氣4倍）耗氧量高近4倍。由此增加天然氣轉(zhuǎn)化成本，造成天然氣市場價(jià)格居高不下。根據(jù)報(bào)道，東南亞的直接還原廠，由于天然氣價(jià)格過高，紛紛停產(chǎn)。這也是開發(fā)焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI理由之一。

　　用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI技術(shù)可行嗎？經(jīng)過在墨西哥HYL-SA公司的半工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)論是可行的。但由于焦?fàn)t煤氣中含有環(huán)烴化合物（苯、萘、酚、硫化物、噻吩等即BTX）在進(jìn)入轉(zhuǎn)化重整爐前必須按要求清除，否則，采用HYL零重整技術(shù)（或自重整），在加熱器中會(huì)產(chǎn)生碳沉積，堵塞設(shè)備，影響生產(chǎn)。由于這個(gè)問題的出現(xiàn)，可以認(rèn)為：用焦?fàn)t煤氣為原料氣，采用HYL零重整工藝，流程是打不通的。以上關(guān)鍵問題采用WTY專利技術(shù)，可以針對性的，完善的得到解決。

　　3 WTY發(fā)明專利技術(shù)的詮釋

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