中晉太行礦業(yè)有限公司
1 概述
中晉太行礦業(yè)有限公司引進(jìn)了德國(guó)MME公司的氣基還原鐵PERED工藝包，以及采用中國(guó)石油大學(xué)(北京)的干重整技術(shù)，歷經(jīng)10年孜孜不倦的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)探求，破解了一系列制約氣基還原鐵技術(shù)工程轉(zhuǎn)化的技術(shù)難題，完成了全部技術(shù)轉(zhuǎn)化與工程設(shè)計(jì)工作。中國(guó)第一套30萬(wàn)噸/年焦?fàn)t煤氣制直接還原鐵工業(yè)化試驗(yàn)裝置于2017年8月24日全面開(kāi)工建設(shè)，目前主體設(shè)備采購(gòu)?fù)瓿?00%，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成100%，工程整體進(jìn)度完成80%，土建完成95%。計(jì)劃2019年10月全面投產(chǎn)。
2 解決工程轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)中的技術(shù)問(wèn)題
2.1 重整爐低溫?zé)煔鈶?yīng)用于豎爐密封氣、吹掃氣技術(shù)研發(fā)
為防止熱還原鐵與空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)以及防止還原氣外泄，降低還原鐵的金屬化率和還原氣的利用率以及形成局部高溫粘結(jié)區(qū)，需要采用惰性氣體進(jìn)行密封，國(guó)外的氣基豎爐密封氣、吹掃氣通常采用以下兩種方式：
一是：采用制氮裝置制取的氮?dú)?，N2：99.9%，溫度：-40℃-40℃、壓力0.19--0.22MPa
二是：抽取重整爐輻射段1100℃高溫?zé)煔?N2體積含量61.57%;CO2體積含量16.78%;H2O體積含量20.13%;O2體積含量1.52%)，經(jīng)過(guò)降溫、脫水、壓縮制成合格的煙氣用于豎爐的密封、吹掃。
為了降低能耗和制取密封氣、吹掃氣的投資，降低生產(chǎn)成本，通過(guò)多次論證和計(jì)算，采用抽取重整爐對(duì)流段的120℃低溫?zé)煔?，?jīng)過(guò)降溫、脫水、壓縮等工藝制成合格的煙氣用于豎爐的密封。目前已申請(qǐng)了實(shí)用性專利或發(fā)明專利，專利號(hào)：“CN208485901U”。
2.2 利用鎳鋅吸附劑有效脫除焦?fàn)t煤氣中有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫
焦?fàn)t煤氣中含有各種有機(jī)硫以及萘、焦油等雜質(zhì)，為了保證重整催化劑的活性，需要將氣體中的總硫脫除到1ppm以下，傳統(tǒng)的焦?fàn)t煤氣的脫除硫的工藝采用鈷鉬加氫或鐵鉬加氫工藝，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫加以脫除，該工藝的特點(diǎn)是：流程長(zhǎng)、操作壓力高(2.0MPa左右)，我們采用中國(guó)石油大學(xué)(北京)研制開(kāi)發(fā)的鎳鋅吸附脫硫劑，可以將有機(jī)硫加氫轉(zhuǎn)化和脫除一次性完成。操作壓力在0.8mpa，操作溫度350℃，一塔運(yùn)行、操作簡(jiǎn)單。同時(shí)，該吸附劑可以重復(fù)再生使用。最重要的是該鎳鋅吸附劑可以將不飽和烴轉(zhuǎn)化為飽和烴，進(jìn)重整爐的不飽和烴≤100ppm，有效防止干重整過(guò)程中的積碳問(wèn)題。
2.3 干重整工藝應(yīng)用新一代的鎳基催化劑
中國(guó)石油大學(xué)(北京)研制的新一代鎳基催化劑，通過(guò)添加稀有金屬，能有效控制積碳問(wèn)題;制成的還原氣H2/CO比可調(diào)范圍寬，1.1-2.0。
2.4 成功研制/設(shè)計(jì)臥式重整爐，熱效率可達(dá)92%
重整爐設(shè)計(jì)集合了國(guó)內(nèi)制氫爐的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)借鑒了國(guó)外轉(zhuǎn)化爐的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，克服了熱膨脹的技術(shù)難點(diǎn)，以及爐管的材質(zhì)選型，防止金屬陳化等問(wèn)題，成功設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)首套臥式干重整轉(zhuǎn)化爐，熱效率達(dá)到了92%，達(dá)到了國(guó)內(nèi)制氫爐的先進(jìn)水平。同時(shí)為了防止在開(kāi)車初期或者不飽和烴超標(biāo)，還設(shè)計(jì)了臨時(shí)補(bǔ)充蒸汽管線，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽和二氧化碳雙重整工藝。
2.5 重整爐對(duì)流段設(shè)置急速蒸發(fā)器
為了將高溫?zé)煔獾臒崃磕苎杆俚囊谱?，確保重整爐輻射段的安全運(yùn)行在對(duì)流段增加了急速蒸發(fā)器副產(chǎn)10t/h的蒸汽(溫度220℃、壓力1.0MPa)。副產(chǎn)的蒸汽可以用于凈化工區(qū)精脫硫的再生。既回收利用了廢熱，又實(shí)現(xiàn)了能量的綜合利用。
2.6 垂直提升機(jī)輸送鐵基原料，保證豎爐原料進(jìn)料系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行
氧化球團(tuán)是豎爐生產(chǎn)的基本原料，為了能保證氧化球團(tuán)連續(xù)穩(wěn)定的輸送至豎爐內(nèi)，減少輸送損耗、拋撒。經(jīng)過(guò)論證，將原來(lái)設(shè)計(jì)采用的大傾角皮帶輸送修改為了垂直提升機(jī)輸送，采購(gòu)的意大利某公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。
2.7 設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備本土化
豎爐內(nèi)關(guān)鍵的4件設(shè)備：均流器、松料器、上料溜管、配料器采用德國(guó)MME專利產(chǎn)品，核心設(shè)備熱壓機(jī)、水淬槽、熱振篩、垂直提升機(jī)采用進(jìn)口設(shè)備。其余的設(shè)備均采用國(guó)內(nèi)知名生產(chǎn)企業(yè)和一線品牌，實(shí)現(xiàn)還原鐵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)本土化率90%以上。目前我們正在著手研究，待裝置投產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備國(guó)產(chǎn)，以降低建設(shè)投資，同時(shí)建立擁有我們知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備。
3 直接還原技術(shù)研究
3.1 多種原料氣制還原氣技術(shù)研究
中晉太行礦業(yè)有限公司與中國(guó)石油大學(xué)(北京)合作成立北京中晉中石化工冶金技術(shù)有限公司，開(kāi)發(fā)研究還原氣制備技術(shù)。
目前已完成了天然氣、馳放氣、煤層氣、煤制氣等原料氣制備還原氣技術(shù)研究與驗(yàn)證，并獲得國(guó)家專利。
3.2 多種鐵礦還原技術(shù)研究
2017年與北京科技大學(xué)聯(lián)合，開(kāi)發(fā)研究冷、熱豎爐氣基還原工藝技術(shù)，系統(tǒng)對(duì)左權(quán)礦、西北礦、澳礦、印度礦、釩鈦礦、秘魯?shù)V等進(jìn)行了氣基還原技術(shù)試驗(yàn)研究與驗(yàn)證，已申請(qǐng)相關(guān)專利技術(shù)。
截至目前為止，已經(jīng)取得一種高效的氣基豎爐直接還原煉鐵系統(tǒng)及方法、一種具有均流器的還原立式豎爐、一種生產(chǎn)冷直接還原鐵的氣基豎爐、一種生產(chǎn)熱直接還原鐵的氣基豎爐等22項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。
4 直接還原技術(shù)其他領(lǐng)域應(yīng)用
4.1 處理伴生資源
利用氫氣具有的強(qiáng)還原性的化學(xué)性能，采用豎爐還原反應(yīng)器，以一定比例的還原氣可對(duì)釩鈦礦、鈦鐵礦、硼鐵礦、低品位紅土鎳礦等進(jìn)行還原，還原產(chǎn)品通過(guò)熔化分離可以實(shí)施鐵、釩、鈦、硼、鎳等的有效分離。
目前已在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了釩鈦礦資源的氣基還原技術(shù)。
4.2 處理固體廢棄物
赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢棄物，含鋁、鐵及其他重金屬鹽類等成分，每生產(chǎn)1噸氧化鋁約產(chǎn)生赤泥0.8噸-1.5噸，但赤泥的處理和綜合利用始終是一個(gè)世界性難題。采用氫氣還原技術(shù)進(jìn)行還原，通過(guò)選礦處理，可提煉出50%-55%鐵粉。目前已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了驗(yàn)證。硫酸渣是黃鐵礦制硫酸工藝的殘?jiān)?，一般含鐵40%-55%，采用氫氣還原技術(shù)提煉鐵，是一種新途徑，可以解決硫酸渣的回收，既解決硫酸渣環(huán)境堆放問(wèn)題又可生產(chǎn)直接還原鐵產(chǎn)品。
4.3 制取BaSO4新工藝
在日化行業(yè)傳統(tǒng)的利用重晶石生產(chǎn)BaSO4都是采用煤基進(jìn)行還原，一是規(guī)模小、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定;二是能耗高、污染大。發(fā)揮氫氣良好的還原劑優(yōu)勢(shì)，采用氫氣還原技術(shù)，利用豎爐工藝原理，將重晶石還原成BaS再生產(chǎn)BaSO4,生產(chǎn)高附加值的鋇鹽，解決輕化工行業(yè)制取硫酸鋇的高污染、產(chǎn)能低的工藝。目前我們已給某日化企業(yè)提供了技術(shù)方案。
4.4 甲醇馳放氣生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)應(yīng)用
在煤制甲醇企業(yè)存在著大量的甲醇馳放氣，為了綜合利用，我們和某煤化工研究單位進(jìn)行了技術(shù)交流，針對(duì)甲醇馳放氣的H2/CO=10-15用于生產(chǎn)直接還原鐵進(jìn)行了交流討論，已經(jīng)過(guò)核算，并給該單位提供了技術(shù)方案。
5 結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)內(nèi)首套還原鐵項(xiàng)目的建成與投產(chǎn)，我們將不斷積累建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化完善氣基還原豎爐設(shè)計(jì)，示范、引領(lǐng)、提升、夯實(shí)氣基還原技術(shù)，有力支撐中國(guó)氣基還原事業(yè)發(fā)展。
