竖炉直接还原技术若干问题的探讨分析

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Title,Third level,Fourth level,Fifth level,#,竖炉直接还原技术若干问题的探讨,目 录,-,Presentation Outline,气基竖炉直接还原技术的发展,现状,气基竖炉对含铁原料的,要求,还原气的,选择,生产,运行成本,结论,2,气基,竖炉技术发展现状,-,生产,规模,3,气基竖炉技术发展现状,-,生产规模,4,气基竖炉技术发展现状,-,主流工艺,5,气基竖炉技术发展现状,-,工程业绩,6,工艺,国家,生产能力,/(,万,ta,-1,),投产时间,/,年,还原剂,HYL-,委内瑞拉,2,75,2004,天然气,ENERGIRON-ZR,印度,60,2009,天然气,ENERGIRON-,阿联酋,160,2009,天然气,HYL-ZR,阿联酋,20,2010,天然气,HYL-,委内瑞拉,80,2011,天然气,ENERGIRON-,阿联酋,160,2011,天然气,ENERGIRON-ZR,埃及,195,2013,天然气,ENERGIRON-,埃及,190,2013,天然气,ENERGIRON-ZR,美国,250,2013,天然气,ENERGIRON-ZR,印度,250,2014,合成气,/COG,MIDREX,MIDREX,MIDREX,MIDREX,MIDREX,MIDREX,伊朗,印度,伊朗,伊朗,阿曼,伊朗,2,80,150,80,80,150,2,150,2009/2010,2010,2010,2011,2011,2012,天然气,天然气,天然气,天然气,天然气,天然气,MIDREX,巴基斯坦,128,2012,天然气,MIDREX,印度,120,2013,天然气,MIDREX,伊朗,80,2013,天然气,MIDREX,伊朗,80,2013,天然气,MIDREX,印度,180,2013,天然气,MIDREX,埃及,176,2013,天然气,MIDREX,伊朗,150,2013,天然气,MIDREX,巴林,150,2013,天然气,MIDREX,俄罗斯,180,建设中,天然气,气基竖炉技术发展现状,-,Midrex,工艺,7,Midrex,工艺特点：,采用,CO,2,重整；无需单独的,CO,2,脱除系统,;,H,2,/CO,=,1.5-1.7,，还原气为类,CO,气体；,独立的,高温重整炉进行,催化重整,;,竖炉,内的操作压力约为,0.2-0.3MPa,。,气基竖炉技术发展现状,-,MXCOL(,气化炉煤气）,8,O,2,清洁,COG,预热器,热反应器,气基竖炉技术发展现状,-,ENERGIRON,工艺,9,ENERGIRON,工艺特点：,采用水蒸汽重整；,H,2,/CO,可达,5.6,，还原气为类,H,2,气体；,需,要,单独,的,CO,2,脱除,系统,;,无需高温,重整,炉，采用自重整,;,竖炉,内的操作压力约,为,0.60.8MPa,。,气基竖炉技术发展现状,-,ENERGIRON,工艺,气基竖炉技术发展现状,-,技术创新和工艺优化,11,装置,的,大型化,-,在本世纪初最显著的技术特征,200,000,500,000,800,000,1,200,000,1,600,000,2,000,000,2,500,000,3,000,000,下一个目标,3,000,000,下一个目标,Plant Capacity t/y,设备年生产能力,t/y,NUCOR Steel USA,美国纽柯钢公司,年生产能力保证值：,2,500,000 tpy,生产效率的提高,-,提供反应,温度,气体温度提高的制约因素：,加热器材质,-,加氧,球团粘结,-,原料球团的喷涂,气基竖炉技术发展现状,-,技术创新和工艺优化,12,气基竖炉技术发展现状,-,技术创新和工艺优化,13,工艺流程的简化,-,自重整技术,0,200,400,600,800,1000,1980,198,6,1995,1998,Reformed Gas(Nm3/t DRI,H,2,O,water,N.G.,Original,1980,water,N.G.,H,2,O,CO,2,198,6,年：引入了,CO,2,脱除技术,N.G.,H,2,O,Oxygen,CO,2,1995,年：引入了,喷氧技术,H,2,O,Oxygen,CO,2,N.G.,1997,年：,ZR(Self-reforming),实现了自重整。,1999,年：开发,了,DRI,热送技术（,HYL-HYTEMP,技术,）,，,并在墨西哥蒙特雷,4M,厂投入,生产。,对原燃料条件的适应性提高,-,多种气源选择,气基竖炉技术发展现状,-,技术创新和工艺优化,14,气,基竖炉工艺对,含铁原料的,要求,-,球团（块矿）,项,目,球团,块矿,高炉球团（,3000m,3,级高炉）,TFe/%,67,66,64,FeO/%,1.0,-,1.5,Na,2,O+K,2,O/%,0.1,0.1,0.1,TiO,2,/%,0.2,0.2,-,LOI/%,-,1.5,-,气孔率,/%,20,-,-,压溃强度,/kN,球,-1,2000,-,2000,转鼓指数（,+6.3mm,）,/%,93,90,90,落下强度（,+6.3mm,）,/%,95,90,-,还原指数,/%,800,3,3,-,950,4,4,-,膨胀指数,/%,10,-,15,低温还原粉化率,/%,+6.3 mm,80,70,85(+3.15mm),-3.2 mm,10,20,-,未破损球团,/%,60,-,-,气,基竖炉,工艺对还原气的,选择,-,常规天然气,常规天然气,我国的能源结构以煤炭,为主,，资源特点是“富煤、缺油、少气”，,2012,年我国天然气对外依存度达到,29%,。我国天然气产量和储量均难以满足发展气基直接还原的需要。,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,页岩气,17,从,2005,年到,2010,年美国的页岩气产量增长了近,6,倍，达到,1378,亿,m,3,，,受美国成功开发页岩气的影响，全球页岩气勘探开发呈现快速发展态势。,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,页岩气,18,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,页岩气,19,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,页岩气,20,2013,年中国页岩气产量仅,2,亿方,，占,天然气,总产量（,1210,亿方,）的,比例还不到,1%,，远低于美国的,39%,和加拿大的,15,%,，中国,页岩气“十二五”规划要求,2015,年实现年产,65,亿,方，,2020,年生产,600,亿至,1000,亿,立方米。,中国的页岩气资源条件差，表现为藏储层埋深大、丰度低、开采难度大，开采成本约为美国的,2-4,倍。,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,煤层,气,21,煤层气在中国已经开采了,20,多年,，比,页岩,气开发,技术更加成熟。,全球,埋深浅于,2000m,的煤层气资源约为,240,万,亿,m,3,，是常规天然气探明储量,的,2,倍,多，中国浅煤层气资源量预计达,36.8,万亿,m,3,，居世界第三,位，其中,80%,以上储量和产量来自山西省,。,煤层气,资源特点：“,低压、低渗、低饱和,”、地质构造复杂，,难采资源量,占总量,的,70%-80%,，单,井产气量低，成本效益倒挂,，部分,煤层气开采企业的经济效益并不显著；受管网建设落后的影响“商品气”只占到不足开采量的一半，,2012,年,总利用率仅为,41.53%,，按照我国煤层气“十二五”发展规划，,2015,年我国煤层气产量目标为,300,亿,m,3,，但,受上述因素,的制约，煤层气的发展面临一系列,难题。,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,煤制气,22,项,目,鲁奇法,恩德法,德士古法,壳牌法,气化炉,固定床,沸腾床,气流床,气流床,煤种,褐煤、烟煤,褐煤等,烟煤、无烟煤,全部,煤粉粒度,5-75mm,75m,90%100m,进料方式,块煤,粉煤,60%,水煤浆,干煤粉,气化压力,/MPa,2.0-3.0,2.5-3.0,2.6-8.4,2.0-4.0,气化剂,氧气,+,水蒸气,氧气,+,水蒸气,氧气,纯氧,+,蒸汽,氧耗,/(m,3,1000,-1,m,-3,),140-240,270,380-430,330-360,煤耗,/(kg1000,-1,m,-3,),720,678,640,600,气化温度,/,900-1050,950,1400-1600,1300-1400,碳转化率,/%,96-98,90-95,95,99.5,煤气中,CO+H,2,含量（体积分数）,/%,60,39-59,80,90,煤气中,CH,4,含量（体积分数）,/%,9-12,1,0.01,0.01,煤气中,H,2,/CO,（体积分数）,1.7-2.3,0.9,04-0.5,04-0.5,净化煤气温度,/,250-350,300,200-260,350,冷煤气效率,/%,80,72-76,70-76,80-85,单炉气化能力,/,（,td,-1,）,1800,-,2000,3000,关键技术问题,碳氢化合物的利用,碳的转化,粗煤气冷却,粗煤气冷却,50,万,t/a,直接还原厂配套煤制气装置投资,/,亿元,3.0-3.5,2.0-2.3,8-10,10-12,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,煤制气,23,制约,煤制气,竖炉直接还原技术发展的,关键因素,是加压煤制气技术投资和运行成本过高,。,除了煤制还原气外，开展煤制天然气也是缓解我国天然气供求矛盾的一天有效途径。,气基竖炉工艺对还原气的,选择,-,焦炉煤气,24,焦炉煤气成分更宜作为竖炉还原气；,2012,年焦炭产量,4.43,亿吨（,2013,年,4.76,亿,吨）；其中独立焦化企业产量为,3.12,亿吨，除去自用，富余约,800,亿,m,3,焦炉煤气；可利用约,200-260,亿,m,3,；,生产,1t,直接还原铁需,COG,540-620,m,3,；,进一步将高炉煤气、转炉煤气灯低热值煤气置换和综合利用，可以增加焦炉煤气资源量。,气基竖炉,工艺,-,生产运行成本,25,项,目,单价,/,元,单耗,NG(COG),天然气生产成本,/,（元,t,-1,（,DRI,）,焦炉煤气生产成本,/,（元,t,-1,（,DRI,）,原辅材料,1538.51,1538.51,球团矿,/(tt,-1,),1100,1.39,1529.00,1529.00,MDEA,溶液,/(kgt,-1,),36.96,0.04,1.48,1.48,涂层水泥,/(kgt,-1,),0.62,4.00,2.48,2.48,其它化学品和消耗品,/(kgt,-1,),55.44,0.10,5.54,5.54,燃料动力,591.24,349.59,水,(/(m,3,t,-1,),7.60,1.30,（,1.90,）,9.88,14.44,电,/(kWht,-1,),0.38,90.0(148.3),34.20,56.35,天然气（焦炉煤气）,/(m,3,t,-1,),2.0(0.46),264.44(580.48),528.89,267.02,氮气,/(m,3,t,-1,),0.15,20.00,（,25.00,）,3.00,3.75,氧气,/(m,3,t,-1,),0.29,50(25),14.50,7.25,压缩空气,/(m,3,t,-1,),0.0769,10.00,0.77,0.77,工资及附加,8.1,8.1,修理费,24.00,24.00,折旧,76.00,76.00,其他费用,21.84,19.40,经营成本,2183.68,1939.59,总成本,2259.68,2015.59,气基竖炉,工艺,-,生产运行成本,26,参照,2013,年上半年河北唐山地区的资源和能源平均,价格，对,生产规模为,80,万,t/a,的直接还原工厂生产运行成本进行了分析测算；,还原气成本约占,D