关于环境污染相关大学毕业论文,与甲烷改质生产海绵铁技术相关论文范例

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摘 要 ：直接还原竖炉方法是目前海绵铁生产的主流工艺,通过对甲烷改质获得适合竖炉的还原气,可以解决天然气对海绵铁工艺的束缚,满足不同地区海绵铁市场的需求.本文比较分析了国内外各工艺的技术特点,HYL技术工艺成熟,但是竖炉压力高,工艺和设备投资较高；MIDREX竖炉采用竖炉外重整方法,需要建立单独的催化设备,占地面积大且投资高；中冶赛迪研发的低压竖炉工艺可以适应多种还原气体,具有较广的适用范围,适合我国的资源特点.

关 键 词 ：甲烷 海绵铁 改质

中图分类号：TF702.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0078-02

直接还原铁技术作为典型的非高炉炼铁工艺,具有不使用焦煤、环境友好及节能减排效果明显的优势,对于改善钢铁产品结构,提高钢铁产品质量具有重要作用.由于废钢-电炉炼钢流程的能耗、CO2排放均低于传统高炉-转炉流程,是钢铁工业发展的重要方向.目前,我国电炉钢产量占粗钢产量的10%左右,但由于废钢短缺、质量差,因而对优质DRI的需求旺盛.根据我国废钢应用协会估计,我国目前市场对海绵铁的需求约为1500～2000万t/a,而目前我国直接还原铁产量不足60万t,因此直接还原铁在我国具有广阔的市场需求[1].

直接还原铁技术主要有气基竖炉和煤基回转窑两种方法.由于煤基回转窑法具有能耗高、反应速度慢、温度不易控制等固有缺点,发展缓慢,目前气基竖炉工艺占主导地位,其产量占直接还原铁总量的75%左右.

目前,已投产的气基竖炉主要包括Midrex竖炉和HYL竖炉两种,还原气体以天然气为主,仅南非SALDANHA厂的Midrex竖炉采用的是COREX煤气[2-3].鉴于我国天然气资源缺乏,采用天然气生产海绵铁工艺并不适合我国国情,开发适合我国资源特点的海绵铁还原气体具有重要的意义.甲烷改质技术使富甲烷煤气在一定条件下转化为CO和H2,用作海绵铁的还原气体,此技术可以适应于天然气匮乏的国家和地区,具有广阔的发展前景.

1.甲烷改质生产海绵铁技术

甲烷改质生产海绵铁工艺是以富CH4煤气为原料气,高温条件下进入竖炉还原铁矿石生产海绵铁的方法.一般情况下,原料气中的CH4在高温和还原出的金属铁的催化作用下改质生成CO和H2,可以补充还原铁矿石损失的还原气；还原后的炉顶气经除尘、降温、脱碳后与补充的原料气混合再次进入竖炉.主要的改质反应如下：

CH4+H2O等于CO+3H2

CH4+CO2等于2CO+2H2

3Fe+CH4等于Fe3C+2H2

甲烷改质生产海绵铁工艺流程一般都包括还原竖炉、炉顶煤气处理系统、煤气加热系统和海绵铁冷却循环系统几部分,由于还原气内甲烷的改质方式、原料气的加热方式的不同,竖炉的工艺各有特点.

2.技术现状

2.1 HYL Energiron工艺

HYL/HYL Energiron技术最初是由墨西哥希尔公司开发,与2006年被Techint Group并购,之后又与Tenova和达涅利公司联合组成了Energiron公司,在HYL-ZR基础上形成了新的HYL Energiron.此技术主要是通过在竖炉内的还原段中进行现场重整,与之前HYL-III相比,无须使用外部重整炉或还原气体生成系统[4].HYL Energiron技术对还原气适应性好,可以在其工艺和设备无需改动的情况下,使用焦炉煤气（COG）、高炉煤气（BFG）、氧气顶吹转炉煤气（BOFG）或煤制气（Coal Gasification）代替天然气,将煤气中的CH4进行热裂后获得含H2和CO,作为还原气体生产海绵铁.

HYL Energiron采用的是高压竖炉（>0.65MPa）重整的工艺,鉴于匹配竖炉压力较高,存在高压设备和高压密封等问题,同时对H2/CO比和温度要求较为严格,通常要求还原气温度>1050℃、H2/CO≥4,整个工艺路线的投资、运行费用较高.

2.2 Midrex工艺

Midrex技术最初由美国MIDREX公司开发,于1984年被日本神户钢铁公司并购.MIDREX工艺在使用天然气为还原剂的情况下,能耗为9.61GJ/t,一些炉子利用系数达到15.2T/m3.d.目前,印度JSPL正在建1座年产能为180万吨的炉子,使用鲁奇煤气化技术.

MIDREX采用的是低压竖炉（0.1MPa）和天然气炉外重整的方法,重整炉部分占地、投资、运行费用较高.

2.3 CISDI 工艺

中冶赛迪公司（CISDI）早在70年代就天然气直接还原生产海绵铁技术进行了研究.经过多年的不断探索,CISDI立足国内能源结构,对我国电炉短流程钢厂、钢铁联合企业及矿产加工企业,分别提出了利用天然气、焦炉煤气、煤造气等富CH4煤气生产海绵铁工艺.另外,CISDI将直接还原技术和电炉熔分技术相结合,为解决钒钛矿的资源综合利用提供了新的途径.

CISDI竖炉采用低压竖炉（0.1～ 0.3MPa）,与国内其它采用炉外催化重整的技术路线相比,不仅放宽了对H2S含量的限制,而且对H2/CO无严格要求,可根据原料气中CH4的具体含量,采用相适应的H2O/CO2配比和反应温度,相比国内外对H2/CO要求严格的竖炉直接还原技术,流程和能耗上的优势十分明显.

3.技术分析

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采用甲烷改质生产海绵铁工艺具有工艺简单、能耗和投资运行费用较低、环境污染大幅度降低的技术优势.

3.1 提高煤气利用价值

我国是世界焦炭生产和消耗大国,焦炭产量共计约3.55亿t,占世界焦炭产量的66%,其中独立焦化厂共生产焦炭2.2亿t,钢铁企业自产焦炭1.35亿t左右,一共生产COG近1400×108m3,除钢铁联合企业和城市煤气等工业和民用燃气外,每年可有近400×108～500×108m3的COG可作资源型开发利用.同时,由于独立焦化厂在产品结构、环境污染等方面的缺陷十分明显,其利润和发展均受到较大的限制,提高产业集中度和延伸产业链是独立焦化厂发展的必然选择[5-6].针&