氢气低温还原工艺包括竖炉还原法

　　流化床低温氢冶金技术

　　氢气低温还原工艺是在固态条件下用氢气还原块矿或粉矿得到具有一定金属化率的海绵铁或铁粉,考虑到粉矿的粘结问题,一般还原温度低于950℃。氢气低温还原工艺包括竖炉还原法和流化床还原法两种工艺路线,其中竖炉法工艺成熟,是目前直接还原铁生产的主力流化床法与竖炉法相比具有气固接触充分,反应速度快,床内温度分布均匀,不易过冷或过热,可以直接利用价格低廉的粉矿,无须造块等优势。

　　开发氢冶金技术，首先遇到的是大容量氢制取的问题。在传统的钢铁生产过程中产生大量的氢资源，即焦炉煤气。按当前钢铁的生产规模估计，年产焦炉煤气500-600亿立方米，焦炉煤气中氢含量为55-64%，总氢资源为360亿立方米以上，是氢冶金最经济、可靠的氢资源。

　　3.1 用焦炉煤气，气基竖炉生产直接还原铁(DRI)

　　在高炉炼铁流程中，必须配备相应规模的炼焦厂，生产焦炭供给高炉炼铁。在炼焦煤干馏过程中产生大量的焦炉煤气，其化学组份如下表所示:

　　组份分析表明，焦炉煤气氢含量55-64%，可见，焦炉煤气本身就是还原性气体。其中甲烷含量为23-25%，经裂解转化成氢和一氧化碳，重整后的焦炉煤气中氢含量可达70%，一氧化碳为30%，是气基竖炉直接还原的理想还原性气源。吨装入炼焦煤产生焦炉煤气为350--400m³，100万吨的焦化厂每小时产焦炉煤气

　　50000-60000m³，吨直接还原铁需焦炉煤气618m³，100万吨规模焦化厂年产焦炉煤气可生产直接还原铁70-80万吨。我国焦炭的生产能力为2.6亿吨，将生产的焦炉煤气全部或部分用于生产直接还原铁，可以节省20-30%炼焦用煤，对保护我国的炼焦煤资源有重要意义。

　　国外生产直接还原铁普遍采用天然气为气源，经高温热裂解，转化成还原性气体进行直接还原炼铁。经研究比较，用焦炉煤气比用天然气有突出优势。其中，原料气重整过程节能近70-80%(甲烷含量比25%：95%)。因此，推荐用焦炉煤气生产直接还原铁，符合发展低碳经济的需要。

　　3.2 用焦炉煤气生产直接还原铁工艺流程

　　3.2.1 工艺流程和工艺特点的描述

　　直接还原工艺是用焦炉煤气重整得到的氢为还原剂生产直接还原铁的工艺，是氢冶金在炼铁工艺中的应用。在竖炉反应器中，以下三种化学反应同时进行，以氢冶金过程为主。

　　(1)自重整反应：

　　CH4+H2O==CO+3H2(水煤气制氢

　　CH4+CO2==2CO+2H2(甲烷裂解制氢

　　(2)还原反应：

　　Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(碳冶金)

　　Fe2O3+3H2==2Fe+3H2O(氢冶金)

　　(3)渗碳反应：

　　3.2.2 直接还原反应机理的剖析

　　从(1)自重整反应式中，阐明用反应塔中的金属铁为触媒 (不需反应塔外的催化剂，称自重整)。在600-700℃高温，有催化剂存在的条件下，将焦炉煤气中的甲烷重整为氢和一氧化碳，加上焦炉煤气中氢组份，形成含氢70%，含一氧化碳30%的还原性气体，成为直接还原大容量氢资源。从(2)还原反应式可以看到氢冶金炼铁过程用氢作还原剂，该过程的最终产物是水，而不是二氧化碳，或称氢冶金为二氧化碳零排放。从(3)式中，不难看出反应塔中同时发生渗碳反应，因此，该工艺可以生产高碳直接还原铁(含碳3-6%).

　　3.2.3 焦炉煤气在反应塔中进行重整反应和还原反应，煤气组成发生较大变化如下表：

　　从上表中发现，在反应塔的顶气中，氢含量为49.0%，CO2 含量10.4%。为了合理利用氢资源，在工艺流程中设计氢资源循环利用系统。顶气经过脱水后，在选择性吸收CO2装置中回收CO2。脱CO2后的顶气与原料气一起送入反应塔循环利用。这样，原料气中的氢利用率为100%。如果系统中的CO2全部回收，系统中的CO2排放量为零。这正是低碳经济所期待的。

　　山东源达旺钢材有限公司为一家专业致力于现货、加工、销售为一体的钢材企业。本公司主要现货销售各种规格的冲孔C型钢,镀锌C型钢,热镀锌C型钢,Z型钢,U型钢,C型钢檩条等产品。

　　我厂是华北地区型钢现货规格最齐全，最具有实力的现货公司，产品规格全、成型好、挠度小、孔位准、角度直、平整度好!产品广泛应用于大型工业厂房、车间库房以及高速公路护栏，特别是用于大跨度结构或在地质条件极差地区营建厂房。我公司与多家上市公司均有合作，并且全国各地发货。