鑒于國內(nèi)煉鐵資源條件及鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，煤制氣-氣基豎爐工藝是我國發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)的前沿技術(shù)和主要方向。盡管煤制氣-豎爐直接還原煉鐵工藝是煤氣化工藝和豎爐直接還原工藝兩個(gè)成熟技術(shù)的組合，在理論上是可靠的，但豎爐直接還原對還原煤氣又有其特殊的要求[1-2]?，F(xiàn)有成熟的幾種煤氣化工藝在煤種要求、產(chǎn)品還原氣品質(zhì)、投資、成本、環(huán)境負(fù)荷等方面區(qū)別很大，針對我國煤資源條件，確定合理的煤氣化工藝是發(fā)展煤制氣-豎爐直接還原技術(shù)的關(guān)鍵。

　　根據(jù)第三次全國煤田預(yù)測資料，除臺灣外，我國垂深2000米以內(nèi)的煤炭資源總量為55697.49億t，其中已探明保有資源量達(dá)10176.45億t。從地域分布來看，我國煤炭資源呈現(xiàn)北多南少、西多東少的特點(diǎn)。從煤種分布來看，我國煤炭資源的煤類齊全，包括了從褐煤到無煙煤各種不同煤化階段的煤，但是其數(shù)量和分布極不均衡。其中，中高變質(zhì)煙煤相對較少，分別占總量的27.59%、17.26%，且存在硫分高、灰分高、可選性差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)煉焦用煤資源缺乏，嚴(yán)重制約了鋼鐵行業(yè)的大力發(fā)展；而作為動(dòng)力燃料和生產(chǎn)煤氣的褐煤和低變質(zhì)煙煤資源量較為豐富，共占總量的55%以上，且大多低變質(zhì)煙煤的煤質(zhì)極其優(yōu)良，灰分低于15%，硫分小于1%，可選性也較好[3]。因此，發(fā)展以褐煤和低變質(zhì)煙煤為主要原料的煤氣化工藝，為豎爐直接還原提供還原煤氣，在煤資源供應(yīng)方面是可行的。

　　本文在系統(tǒng)掌握現(xiàn)有煤氣化工藝特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合豎爐還原工藝的需求，首先從煤資源限制、煤氣品質(zhì)、生產(chǎn)能力、能耗及成本等多方面對四種主流煤氣化工藝進(jìn)行單指標(biāo)橫向?qū)Ρ?，分析其?yīng)用于氣基豎爐直接還原的優(yōu)劣勢。而后以優(yōu)化理論為依據(jù)，以評分值越小越好為準(zhǔn)則，建立綜合權(quán)重評價(jià)模型，兼顧主客觀賦權(quán)的偏好，綜合投資成本、氧耗、煤耗、冷煤氣轉(zhuǎn)化效率、煤氣中CO/H2、煤氣氧化度、煤氣中有效還原氣含量、凈熱效率、碳轉(zhuǎn)化率、單爐產(chǎn)能等指標(biāo)對四種主流煤氣化工藝進(jìn)行綜合定量評價(jià)。

　　1 現(xiàn)有主流煤氣化工藝特征

　　以煤為原料制備還原性氣體在技術(shù)上是成熟的，煤制氣技術(shù)在化肥、化工、發(fā)電等多種行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，世界上技術(shù)成熟的煤氣化工藝主要有：固定床法（UGI，Lurgi）、流化床法（灰熔聚、Ende）、氣流床法（Texaco，Shell）等[3-10]。四種主要煤氣化工藝的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示?！　?/p>

　　表1 四種主要煤氣化工藝的技術(shù)指標(biāo)

　　Table 1 Technical indexes of four main kinds of coal gasification process
 

　　2 豎爐直接還原對還原煤氣的基本要求

　　為了保證豎爐產(chǎn)品直接還原鐵的金屬化率和含硫量符合電爐煉鋼生產(chǎn)要求，要求煤氣中還原性氣體成分（H2+CO+CnHm）高，通常（H2+CO/H2O+CO2）應(yīng)大于10，惰性成分N2含量低于5%，還原氣含硫低。

　　豎爐工藝不同，要求的還原氣壓力也不同，MIDREX工藝入爐壓力為0.2-0.3 MPa，HYL工藝入爐壓力約為0.5-0.8 MPa。直接還原豎爐噸產(chǎn)品的一次能源消耗約為18-20 GJ，折算煤氣的消耗量為1350-1600 m3。對應(yīng)于50-200×104 t/a產(chǎn)能豎爐，單位時(shí)間煤氣的需求量約為8-36×104 m3/h。

　　3 主流煤氣化工藝單指標(biāo)橫向評價(jià)

　　從煤資源限制出發(fā)，Lurgi爐和Ende爐主要用于氣化具有良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)活性的高灰熔點(diǎn)和高灰含量的劣質(zhì)褐煤、不黏煤、弱黏煤和長焰煤，Texaco爐以煤灰量低于20%，灰熔點(diǎn)低于1400℃，具有較好黏結(jié)性和流動(dòng)性的水煤漿為原料，而Shell爐對煤種無硬性限制，只需水分低于2%便可。

　　從煤氣品質(zhì)角度出發(fā)，Ende和Lurgi法凈煤氣中H2/CO高于1.0，只要對煤氣進(jìn)行脫碳處理后就可滿足于兩大氣基豎爐直接還原技術(shù)MIDREX法和HYL法對煤氣成分的要求，是最適合直接還原氣源選擇的方案。而Texaco與Shel法除了要對煤氣進(jìn)行脫碳處理外還需對煤氣中的CO進(jìn)行變換以增加還原氣中的H2含量。

　　從生產(chǎn)能力、能耗及成本等方面來看，Lurgi爐氣化溫度、熱效率、氣化強(qiáng)度均較低，能耗較高，且焦油的分離以及含酚污水處理程序較為復(fù)雜。Ende爐是常壓操作，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠，氣化溫度、碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率均較低，能耗較高，且飛灰量對環(huán)境污染的困擾仍有待解決。但Lurgi和Ende氣化技術(shù)設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，投資費(fèi)用大幅下降，若就地取材，依賴當(dāng)?shù)孛嘿Y源，犧牲部分氣化效率，仍可取得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。Texaco爐氣化溫度和碳轉(zhuǎn)化率高，無需外供蒸氣，煤氣除塵系統(tǒng)簡單，但冷煤氣效率較低，氧耗和投資成本較高。Shell法相對先進(jìn)，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，過高的投資成本極大限制了它的廣泛應(yīng)用。

　　4 主流煤氣化工藝綜合加權(quán)評價(jià)

　　以優(yōu)化理論為依據(jù)，建立指標(biāo)綜合權(quán)重評價(jià)模型，使對指標(biāo)的賦權(quán)達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一，進(jìn)而對不同的煤氣化工藝進(jìn)行綜合定量評價(jià)。

　　4.1 確定標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)矩陣

　　將所要評價(jià)的四種主要煤氣化工藝記為，評價(jià)的主要指標(biāo)包括投資成本、氧耗、煤耗、冷煤氣轉(zhuǎn)化效率、煤氣中CO/H2、煤氣氧化度、煤氣中有效還原氣含量、凈熱效率、碳轉(zhuǎn)化率、單爐產(chǎn)能等，記為。研究對象在指標(biāo)下所對應(yīng)的值記為，由表1可得評價(jià)矩陣為：

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