Midrex公司直接还原铁技术

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2022-02-10 14:10
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一、Midrex 直接还原铁技术

Midrex直接还原铁技术Midland-Ross公司于上世纪60年代开发的直接还原铁工艺,从1936年开始研究,经长期试验,直至1966年天然气制取还原气和气一固相逆流热交换还原竖炉两项关键技术的成功,才使Midrex法发展起来。1966年在俄勒冈州波特兰的俄勒冈钢厂建立了直径450mm,日产1.5的试验装置。试验成功后,于1969年在该厂建立起两套直径3.7m的生产装置,每套年产量为151971年。Midland-Ross(米德兰罗斯)公司为联邦德国科夫公司(Korf-stahl AG)在汉堡建立起年产40万吨的直接还原铁生产厂。从此,Midrex法竖炉在世界上迅速发展,已成为技术较成熟,生产量最大的直接还原连续炼铁法。截至1992年底统计,世界上已建成和在建的Midrex法生产装置年产能力为2114.8万吨。随后,又有49Midrex装置销至18个国家。在此期间Midrex在技术上有了许多改进,如竖炉加大、现场重整、热回收率提高、催化剂的改进及热淬的应用等。

下图为Midrex直接还原铁工艺流程图:

基本原理及工艺过程:Midrex竖炉是气、固相逆流热交换和还原反应。铁矿石在下降的过程中,被热还原气加热和还原。竖炉直接还原流程由竖炉、还原气重整炉(亦称制气炉)、炉顶气及冷却气净化、烟气废热回收等部分组成。对于直接还原铁需外售并远距运输的工厂,竖炉可取消冷却区而加进直接还原铁的热压系统。

二、Midland-Ross公司介绍

Midland-Ross公司属于美国的跨国公司,中文音译为米德兰-罗斯公司。经营范围遍及全球,而Midrex direct直接还原铁工艺属于该公司的Surface Division(表面燃烧分部)研发成果。主要致力于高温加热炉的制造研发,在热工技术方面处于世界领先地位。在制造炉子方面是世界上最大的公司之一。

三、Midrex direct技术直接还原铁工艺应用

目前世界直接还原铁生产具有成本优势的地区主要集中在天然气资源丰富的国家,如委内瑞拉具有丰富的天然气优势再加上低廉的运营成本,使得其直接还原铁具有广阔的市场拓展空间。下表为国际Midrex 直接还原铁技术的应用:

DRI-海绵铁,HBI-热压铁块

根据Midrex直接还原铁全球产量统计,如下图所示,直接还原铁产量在近十几年内快速增长,由4000万吨增加到了7500万吨。国际铁金属协会( IIMA) 日前称,随着未来采用电炉炼钢工艺的持续增加,到 2025 年全球直接还原铁产量预计将接近实现翻番,预计将会达到1.4亿吨。

四、Midrex还原铁技术中国可采用方式

由于中国是一个多煤少油缺气的国家,并没有太充足的天然气或者石油用于还原气来直接还原铁生产。但是Midrex工艺在不断研发过程中,提出了煤制气基直接还原铁技术、焦炉煤气基直接还原铁技术和氢气基直接还原铁技术,均已实现工业化。

煤制气基直接还原技术2014年最终在印度由Midrex建成世界第一座商业化示范工厂。Midrex煤制气直接还原工艺采用天沃综能的流化床煤制气技术,使用2~6 mm粒度范围的粉煤,流化床的工艺特性决定其床层各处温差非常小,气化温度控制在900℃1000℃,煤气中的高分子碳氢化合物充分裂解,不含焦油、酚、三苯、氰化物,因此其水污染物排放非常低。另外该工艺对煤炭品种的适应能力非常强,可以使用高灰高内水煤。天沃综能煤制气工厂生产的煤气经脱硫脱CO2后不需调整成分,可直接送直接还原工厂在加热后作为还原气。下表中MXCOL即为Midrex公司煤制气,作为还原气和天然气的氢碳比的比较如下

Midrex公司以焦炉煤气为还原气源的技术得到了快速发展并在印JSW钢铁公司的1Midrex炉获得了工业化应用。此项技术采用焦炉煤气作为还原气,也适用于中国。但是焦炉煤气产生于高炉炼铁技术中焦炭生产流程中,生产的焦炭必定是作为高炉炼铁,因此焦炉煤气基直接还原铁仅能作为一种辅助工艺,受限于高炉炼铁的规模和焦炉煤气的产能。

2019年安米集团与Midrex技术公司达成协议,由后者为其汉堡工厂设计一座氢气生产直接还原铁试验工厂。该项目是以氢为主要还原剂开发直接还原铁生产技术。中试设备将设计生产产能约10万吨的直接还原铁,还原剂最初使用天然气中灰色氢(grey hydrogenMidrex公司在声明中写道:一旦有足够数量且经济的可再生能源,将由可再生能源转换成绿色氢。可以以来自德国北部海岸附近风电场作为能源生产氢气。该试验工厂是世界上第一个氢动力工业规模直接还原工厂。

当前,工业中产生的氢气主要还是灰氢,低成本制取绿氢依然面临严峻的技术挑战。随着技术的推进,绿氢生产成本降低,届时氢冶金会成为中国减碳利器之一。

五、Midrex 直接还原铁技术和主要炼铁工艺的比较

由上表可知,Midrex直接还原铁技术具有较低的能耗,生产的产品为海绵铁。但是Midrex建设费用较高。

六、气基直接还原铁技术的发展

有专家表示,未来10-20年,采用碳捕获和封存技术可以帮助钢铁行业减少碳排放,但是从20-30年的长期来看,只有采用氢冶金技术才能使钢铁企业满足排放目标。欧洲钢铁协会表示,欧洲钢铁行业的目标是到2030年将碳排放在现有水平基础上减少30%,到2050年减少80%-95%。包括安赛乐米塔尔、蒂森克虏伯、奥钢联、SSABLKABVattenfall在内的欧洲钢铁、矿业和能源企业都在开发以氢为基础的炼钢工艺。

奥钢联和美国AK钢铁公司对在高炉中使用由直接还原铁厂生产的热压块铁进行了试验。这也是减少碳排放的一条路径。

但是,在炼钢(包括生产直接还原铁)过程中,使用蓝氢和绿氢的成本高,没有竞争力。直接还原铁厂通常使用天然气,而且通常位于天然气价格低廉的地区,例如中东和美国。

Midrex表示,想要使用氢炼钢或生产直接还原铁具有竞争力,氢的价格应低于2美元/千克,最好低于1美元/千克。

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