基于LCA的煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉流程环境影响分析

随着中国煤制气技术的日趋成熟及废钢产生量和累积量增多,基于煤制气的气基竖炉-电炉短流程是钢铁工业低碳绿色发展的重要方向。基于GaBi7.3软件分别对煤制气-气基竖炉-电炉短流程和高炉-转炉(BF-BOF)长流程进行生命周期评价(LCA),对比了短流程及长流程的环境性能优劣。结果表明,煤制气-气基竖炉-电炉短流程和BF-BOF流程LCA结果分别为1.83×10~(-11)和9.31×10~(-11),短流程LCA结果仅为长流程工艺的20%左右。相比BF-BOF流程,短流程吨钢能耗、CO_2排放可分别减少60.64%和55.65%,SO_2、NO_x以及粉尘排放量分别减少74.0%、22.7%和15.9%。综合可知,煤制气-气基竖炉-电炉短流程环境影响远小于传统长流程。     

氢气气基竖炉-电炉短流程环境影响分析

氢冶金是中国钢铁行业实现低碳绿色化转型升级的有效途径之一,基于煤制氢技术的气基竖炉-电炉短流程是一种典型的氢冶金工艺,具有广阔的发展前景。采用生命周期评价法(LCA)对煤制氢-气基竖炉-电炉短流程环境影响进行了分析,并对比研究了短流程与传统高炉-转炉(BF-BOF)长流程的环境性能。结果表明,煤制氢-气基竖炉-电炉短流程LCA结果为2.56×10-11,其中GWP₁₀₀(全球变暖潜值)和POCP(光化学臭氧合成潜值)分别贡献54.16%和36.76%;煤气脱碳和电炉电能消耗是造成碳排放和能源消耗的主要原因;短流程整体评价结果仅为BF-BOF流程的27.41%,吨钢CO₂排放和能耗可分别减少53.75%和47.45%,环境性能明显优于传统长流程。     

非高炉炼铁现状及中国钢铁工艺发展方向

概述了我国炼铁工艺现状以及非高炉炼铁工艺最新进展,结合我国国情以及发达国家钢铁工业发展经验,提出我国钢铁工业的发展方向应为DRI(废钢)-电炉短流程。相比传统高炉-转炉流程,DRI-电炉短流程可实现节能50%、减少污染物排放量70%以上。同时,基于煤制气工艺的合理选择与评价,对天然气竖炉和煤制气-竖炉的技术经济性进行了对比分析,发现煤气成本(设备折旧15年)约为0.5元/m~3时,流化床法煤制气-气基竖炉即可与天然气成本2元/m~3的天然气竖炉竞争。在对我国非高炉炼铁现状的研究基础上,简要叙述了东北大学煤制气-气基竖炉中试工程相关进展。     

用甲醇生产直接还原铁的可行性探讨

钢铁工业的调整离不开电炉炼钢的发展,而直接还原铁又是电炉炼钢发展的关键,气基竖炉生产直接还原铁在中国是短板,缺乏煤制气-竖炉技术和天然气资源。提出了一项新的还原工艺"一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺",阐述了甲醇在新工艺中所体现的优点,并从使用国内煤制甲醇和进口甲醇两方面分析了甲醇作为还原剂的可行性。分析认为,从未来的发展趋势看,用甲醇生产直接还原铁的新工艺具有环保、节能、流程短等明显优势,不需要煤制气-竖炉复杂的衔接工艺,解决了还原剂的来源问题,是值得推广和发展的新思路。     

煤制气直接还原铁两段串联流程估算

为了降低直接还原铁能耗,根据试验数据研究了煤制气直接还原铁两段串联流程。串联流程中第一段竖炉用煤制气粗煤气余热和含碳球团冶炼直接还原铁,含碳球团以焦粉、半焦粉或无烟煤粉为还原剂,铁精矿、无机黏结剂混合后加压制作,电炉熔化直接还原、脱硫和生产水渣。串联流程中第二段竖炉以第一段净化后的炉顶煤气为第二段直接还原铁还原气,以氧化球团为原料。结果表明,煤制气直接还原铁两段串联流程估算能耗为394.8kg/t;与铁水比可比能耗为487.8kg/t,比高炉低41.2kg/t,生产过程中产生的污染物和温室气体排放低于高炉,接近天然气直接还原铁。     

中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO₂排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。     

气基竖炉直接还原炼铁流程重构优化

直接还原铁比较纯净、成分稳定,是电炉炼钢的优质原料。中国焦化行业产生大量焦炉煤气,适宜发展以焦炉煤气为还原气的竖炉直接还原炼铁流程,现有工艺主要有Midrex工艺和HYL-ZR工艺。为了解决Midrex工艺和HYL-ZR工艺所存在的问题,通过流程功能分析,提出气基竖炉直接还原重构优化流程,主要工序包括焦炉煤气压缩、TSA预处理、PSA脱碳、PSA提纯CH₄、富氢气加热、竖炉直接还原炼铁等。该流程不仅净化焦炉煤气,而且可分离CH₄,使还原气中H₂与CO的比例达到8,并省去CH₄重整环节,提高炉内直接还原效率。该流程前端与焦化工序连接,后端与电弧炉连接,不仅有利于钢铁联合企业资源优化配置,而且可以生产天然气,提高能源利用效率。     

电炉炼钢原料及直接还原铁生产技术

中国电炉炼钢的铁源原料由废钢铁料、生铁块、热铁水、直接还原铁等组成。直接还原铁(DRI/HBI)是电炉冶炼纯净钢最佳的残留元素的稀释剂。直接还原是钢铁工业技术发展的重要方向,气基竖炉和煤基回转窑是成熟的直接还原工业化生产技术。中国直接还铁的生产仍处于起步时期,2008年产量约60万t,占世界总产量不足1.0%。直接还原铁在中国有广阔的发展前景,以国内铁矿资源为原料的氧化球团-煤制气-竖炉是中国发展直接还原铁的主要方向。     

我国氢冶金发展现状及未来趋势

高炉富氢冶炼和富氢气基竖炉是我国氢冶金发展的两大主要方向。高炉富氢冶炼以喷吹焦炉煤气最为典型,与未喷吹焦炉煤气相比,喷吹50 m~3/t HM焦炉煤气,炉料还原速度加快,焦比降低14.43%,碳排放减少8.61%。年产1万t DRI煤制气-气基竖炉直接还原中试基地正在建设,该流程吨钢总能耗为263.67 kgce,吨钢CO_2排放量为829.89 kg,优于传统高炉-转炉流程。综合考虑目前制氢和储氢装备与技术尚待完善、氢气还原吸热降低炉温、氢气比重低、制氢成本高等,我国原燃料条件下更适宜发展富氢气基竖炉,大规模产业化经济制氢与储氢将推动全氢竖炉的进一步发展。     

低碳炼铁技术研究现状及展望

简述了国内外高炉低碳冶炼的最新进展,结合我国国情以及发达国家钢铁工业发展经验,提出我国钢铁工业的发展方向之一应为焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼的新工艺.相较传统铁前-转炉长流程工艺,焦炉煤气深度净化与重整-竖炉氢基还原-直接还原铁电炉冶炼流程可实现CO2减排56.7％.     

Material Metabolism and Environmental Emissions of BF-BOF and EAF Steel Production Routes

As an energy-intensive industry, iron and steel production are suffering from the resource and environmental issues. Blast furnace—basic oxygen furnace (BF-BOF) process and electric arc furnace (EAF) process are the two most common routes of steel production. Therefore, it is very important to quantify the industrial metabolism for the two routes. In this work, material flow analysis is used to comparatively investigate the energy efficiency, material efficiency, and emissions intensity at the enterprise level. The results show that the total energy consumption and material consumption per ton of steel of the BF-BOF route are 2.8 and 11 times larger than those of the EAF route, respectively. In addition, the emission intensities of dust, CO₂, SO₂, NO₂ and CO of the BF-BOF route are 7.7, 2.6, 92.6, 33.5, and 12.0 times greater than those of the EAF route, respectively. To achieve a more sustainable steel industry, some policy recommendations are put forward finally.     

煤制气-竖炉生产直接还原铁浅析

以国内磁选铁精矿为原料制备的氧化球团综合性能良好,可作为竖炉直接还原用氧化球团。国内适合于煤气化的褐煤和低变质烟煤资源储量较大,占煤炭资源总量的50%以上,可以满足煤化工发展的需求。综合煤种需求、生产能力、煤气品质以及能耗指标,选取适宜的煤气化工艺,形成以煤制合成气为还原剂,以竖炉为反应器的煤制气-竖炉直接还原炼铁新工艺,是煤资源丰富而天然气匮乏的中国发展直接还原铁生产、实现低碳高效炼铁的有效途径。     

低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展

当今社会,化石能源日益枯竭,充分高效利用现有资源和开发新的可再生资源十分必要.低阶煤挥发分高,燃烧性和反应性较好,直接燃烧无法充分发掘其所蕴含的潜在价值.热解技术作为一种能够高效利用煤炭资源的技术,受到许多学者的重视.根据低阶煤在不同转化阶段反应性不同的特点,通过控制煤的热解过程可以制得兰炭.兰炭的气化活性优于焦炭和无...     

工艺参数对气化炉-氧气高炉炼铁能耗的影响规律

利用气化炉一氧气高炉炼铁流程数学模型分析了工艺参数对高炉焦比、煤耗、总能耗等的影响规律。计算结果表明：随着氧气浓度的提高,高炉焦比逐步降低,当氧气浓度为100％时,流程可节能7．0％;随循环煤气温度的提高,高炉焦比略有减少,当循环煤气温度为1473K时,流程可节能8．5％。     

粗煤气铁矿颗粒床高温除尘联产直接还原铁工艺及估算

在煤灰熔点高于直接还原铁还原温度200℃的条件下,以直接还原竖炉作为移动颗粒床除尘器为核心技术的3段连续除尘,以铁矿煤球团为直接还原铁原料和移动颗粒床除尘颗粒,粗煤气显热可以直接用于生产直接还原铁。粗煤气显热约占煤炭气化热值的13%,估算联产直接还原铁显热利用效率可达70%以上,与现有的粗煤气废锅发电比,综合热效率提高约2倍,直接还原铁能耗303kg（C）/t.Fe,可以实现温室气体近零排放,减排CO₂约1.7t/t.Fe。可以在不减少粗煤气化学热能（H₂+CO）,联产直接还原铁的同时解决粗煤气的高温除尘与净化问题。     

铁焦制备与高炉应用的研究进展

 钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO₂减排。综述了国内外铁焦制备与应用的研究进展,主要包括铁焦的制备工艺和高炉应用。归纳了各种铁焦制备工艺的特点。同时提出并研究了矿煤压块-竖炉炭化-高炉应用的冷压型铁焦制备与应用新技术。重点进行了冷压型铁焦的制备及冶金性能优化、高炉应用冷压型铁焦等试验研究。冷压型铁焦制备适宜的工艺条件为,质量分数为30%铁矿粉、45%烟煤1、10%烟煤2、10%烟煤3、5%无烟煤、5%沥青类黏结剂B混合加热至60 ℃,并进行冷压成型;成型压块再经竖炉1 000 ℃炭化4 h;获得抗压强度3 977 N、I型转鼓强度77.7%、反应性69.7%、反应后强(固定气化溶损量20%)42%的优质铁焦。高炉综合炉料中添加质量分数20%~30%冷压型铁焦,综合炉料熔滴性能明显改善。以上研究为铁焦实现工业化生产与低碳高炉炼铁应用提供了参考。     

炼铁过程富氧及混煤对燃料燃烧性能的影响

 高炉喷吹用燃料的燃烧性能对于高炉冶炼过程来说是非常重要的,使用燃烧性能较好的高炉喷吹燃料更有利于提高煤比、降低焦比,从而降低高炉冶炼成本。为响应节能减排政策,对一些钢铁企业采取了煤粉的限制采购和使用等措施,使得兰炭成为高炉喷吹用燃料的有效替代品。通过工业分析、元素分析和热重分析试验比较了烟煤、无烟煤和兰炭3种高炉喷吹燃料的差异,并研究了不同混合方案以及不同富氧率条件下兰炭燃烧性能的变化。研究结果表明,燃料的综合燃烧特性与其初始燃烧温度、最终燃烧温度和燃烧反应时间均有一定的相关性。3种燃料中,烟煤的综合燃烧特性最好,无烟煤次之,兰炭的综合燃烧特性最弱。为了提高兰炭的燃烧特性,对兰炭和烟煤进行混合燃烧试验,发现随着混合燃料中烟煤含量的增加,混合燃料的综合燃烧特性参数呈现出逐渐增加的趋势,并且在兰炭和烟煤的混合燃烧试验中发现存在协同效应。在研究富氧率对兰炭燃烧性能影响时发现,随着富氧率的增加,兰炭的燃烧性也呈现出逐渐增加的趋势,但是增加的幅度较小。当富氧率由0增加至20%时,兰炭的综合燃烧特性参数从4.53×10-14增加至6.05×10-14 min-2·℃-3。综上所述,烟煤的添加以及富氧率的提高均对兰炭的燃烧性能有明显的改善效果。     

气基竖炉直接还原技术的发展

介绍了Midrex和HyLⅢ气基竖炉技术以及在其基础上开发的可以不依赖天然气直接使用煤制气等作还原剂技术的发展与应用现状,并指出气基竖炉工艺具有能耗低、投资少、产品质量高等特点。     

煤制气生产直接还原铁的联合工艺方案

 在分析比较了几种主要煤制气和直接还原工艺的基础上,结合中国的资源特点,提出了180万t/a规模壳牌煤气化与HYL/Energiron竖炉生产直接还原铁的联合工艺流程,并对联合工艺的主要参数进行了计算。结果表明：联合流程在能耗及环保指标上与传统高炉相比具有一定先进性。并对国内不同地区和原料条件下的生产技术经济指标进行了对比,为煤制气生产直接还原铁的工程化提供方案参考。