【正文】 氧 氣 氧 氣 氧 氣3 氣 化 壓 力 /Mpa [1] ≤ 4 氣 化 溫 度 /℃ 13001400 14001600 ≤ 2022序 號(hào) 項(xiàng) 目 水 煤 漿 爐 Shell GSP5 能 量 回 收 形 式 水 激 冷 或 廢 鍋 廢 鍋激 冷 、 水 冷壁6 爐 體 保 護(hù) 裝 置 耐 火 材 料 水 冷 壁 鍋 爐 水 冷 壁 鍋 爐7 適 用 原 料 煙 煤 褐 煤 +煙 煤 褐 煤 +煙 煤8 使 用 原 料 粒 度水 煤 漿占 70%干 粉 煤 100 目碎 煤 干 法 加料 90%100目9 有 效 組 分 CO+H2 ~83% ~90% ~90%10 CH4 （ V%） 0 011氧 耗Nm3/(1KNm3CO+H2)~389 ~330 ~33012煤 耗kg/(1KNm3CO+H2)~610 ~565 ~56513 碳 轉(zhuǎn) 化 率 ~98% ~99% ~~99%14 對(duì) 環(huán) 境 影 響 潔 凈 煤 氣 化 潔 凈 煤 氣 化 潔 凈 煤 氣 化15 工 程 投 資 較 多 大 [2] 較 多16 技 術(shù) 難 度 技 術(shù) 較 復(fù) 雜 技 術(shù) 復(fù) 雜 [3] 技 術(shù) 較 復(fù) 雜17 送 料 系 統(tǒng) 較 復(fù) 雜 復(fù) 雜 [4] 復(fù) 雜 [4]18 國 產(chǎn) 化 程 度 全 部 國 產(chǎn) 化主 要 部 件 目 前全 部 依 賴 進(jìn) 口主 要 部 件 依賴 進(jìn) 口19 運(yùn) 行 情 況自 93 年 引 進(jìn) 及國 產(chǎn) 化 的 多 套 均正 常 運(yùn) 行目 前 尚 在 試 運(yùn)行 中目 前 尚 無 工業(yè) 化 運(yùn) 行 裝置注 ： [1] 有 個(gè) 別 廠 家 使 用 或 氣 化 壓 力 ；[2] 按 年 產(chǎn) 20 萬 噸 氨 計(jì) ， Shell（ 無 備 用 爐 ） 投 資 較 Texaco（ 有 備 用 爐 ） 多15~20%；[3] 包 括 設(shè) 備 制 造 、 操 作 控 制 ；[4] 干 粉 煤 制 備 及 高 壓 氮 密 相 輸 送 粉 煤 技 術(shù) 復(fù) 雜 ；綜 合 以 上 比 較 ， 本 項(xiàng) 目 采 用 國 內(nèi) 的 非 熔 渣 熔 渣 的 水 煤 漿 氣 化 技 術(shù) 制 煉鐵 用 還 原 氣 。氣 化 爐 的 規(guī) 格 主 要 有 φ3200 和 φ2800 兩 種 ， 一 般 情 況 下 ， 同 一 種 爐 型 ，由 于 氣 化 壓 力 降 低 ， 每 增 加 1 臺(tái) 爐 子 ， 投 資 要 增 加 30%。 根 據(jù) 還 原 氣 用 量及 不 同 爐 型 的 投 資 估 算 ， 同 時(shí) 考 慮 對(duì) 凈 化 投 資 和 運(yùn) 行 費(fèi) 用 的 影 響 ， 確 定 本 項(xiàng)目 采 用 φ2800、 氣 化 爐 4 臺(tái) ， 三 開 一 備 。 變 換 及 脫 硫 脫 碳 由 于 還 原 鐵 裝 置 要 求 還 原 氣 成 份 H2 /CO=~， 因 此 氣 化 來 的 粗 煤氣 要 進(jìn) 行 變 換 。CO 變 換 有 耐 硫 變 換 和 非 耐 硫 變 換 之 分 ， 非 耐 硫 變 換 氣 體 要 先 脫 硫 ， 由 于脫 硫 工 藝 要 求 在 常 溫 下 進(jìn) 行 ， 故 流 程 會(huì) 出 現(xiàn) “冷 熱 病 ”， 進(jìn) 入 變 換 需 補(bǔ) 加 蒸汽 ， 增 加 消 耗 。 而 采 用 耐 硫 變 換 時(shí) ， 由 于 水 煤 漿 氣 化 粗 合 成 氣 經(jīng) 洗 滌 后 含 塵量 1～ 2mg/m3（ 標(biāo) ） ， 并 被 水 蒸 汽 飽 和 ， 水 氣 比 約 ， 直 接 進(jìn) 入 變 換 ， 不需 再 補(bǔ) 加 蒸 汽 ； 流 程 短 ， 能 耗 低 ， 故 水 煤 漿 氣 化 配 耐 硫 變 換 是 最 佳 選 擇 。 同時(shí) 在 變 換 爐 的 上 段 設(shè) 有 預(yù) 變 換 ， 用 于 除 去 氣 體 中 雜 質(zhì) 及 防 止 變 換 催 化 劑 中 毒 。變 換 產(chǎn) 生 大 量 的 工 藝 余 熱 用 于 產(chǎn) 生 蒸 汽 及 預(yù) 熱 鍋 爐 給 水 。水煤漿氣化工藝生產(chǎn)的粗煤氣除含 CO、H CO 2 外，還有少量H2S、COS 、CH N Ar 及微量的氯，氨等成分。從國內(nèi)外煤氣化裝置中所采用的脫除酸性氣體的工藝來看，低溫甲醇洗和NHD 較常見。低 溫 甲 醇 洗 工 藝 是 采 用 冷 甲 醇 作 為 溶 劑 脫 除 酸 性 氣 體 的 物 理 吸 收 方 法 ，主 要 有 德 國 林 德 公 司 的 低 溫 甲 醇 洗 工 藝 脫 硫 脫 碳 工 藝 和 魯 奇 公 司 的 低 溫 甲 醇洗 脫 硫 脫 碳 工 藝 。 該 技 術(shù) 成 熟 可 靠 ， 能 耗 較 低 ， 氣 體 凈 化 度 高 ， 可 將CO2 脫 至 10ppm 以 下 ， H2S 小 于 。 而 且 溶 劑 吸 收 能 力 大 ， 循 環(huán) 量 小 ，能 耗 省 ， 溶 劑 價(jià) 格 便 宜 ， 操 作 費(fèi) 用 低 。 該 法 缺 點(diǎn) 是 在 低 溫 下 操 作 ， 設(shè) 備 低 溫材 料 要 求 較 高 ， 整 個(gè) 工 藝 投 資 較 高 。大 連 理 工 大 學(xué) 從 1983 年 開 始 進(jìn) 行 低 溫 甲 醇 洗 的 工 藝 過 程 研 究 ,在 中 石化 和 浙 江 大 學(xué) 的 協(xié) 助 下 1999 年 該 項(xiàng) 研 究 通 過 了 中 石 化 的 鑒 定 ， 2022 年 獲得 了 中 石 化 科 技 進(jìn) 步 三 等 獎(jiǎng) ， 并 且 獲 得 了 國 內(nèi) 兩 項(xiàng) 專 利 申 請(qǐng) 。 經(jīng) 改 進(jìn) 后 該 技術(shù) 采 用 六 塔 流 程 ， 與 林 德 工 藝 相 似 ， 設(shè) 備 投 資 比 林 德 工 藝 低 ~10%。NHD 同 低 溫 甲 醇 洗 一 樣 ， 同 屬 物 理 吸 收 ， 其 對(duì) CO H2S 等 均 有 較 強(qiáng)的 吸 收 能 力 ， 但 對(duì) COS 的 吸 收 能 力 較 弱 。 NHD 凈 化 可 將 CO2 脫 至 %以下 ， H2S 小 于 1PPm。 NHD 溶 劑 吸 收 能 力 比 甲 醇 低 ， 因 而 溶 劑 循 環(huán) 量 大 ， 且溶 劑 價(jià) 格 較 高 ， 因 而 操 作 費(fèi) 用 較 高 。 該 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 設(shè) 備 無 腐 蝕 ， 可 采 用 碳鋼 設(shè) 備 ， 整 個(gè) 裝 置 投 資 較 少 。兩 種 工 藝 的 比 較 見 表 4－ 2。表 4－ 2 NHD 和 低 溫 甲 醇 洗 工 藝 技 術(shù) 比 較 表序 號(hào) 項(xiàng) 目 低 溫 甲 醇 洗 NHD1 吸 收 環(huán) 境 50 ℃ 5℃ ~0℃2 溶 劑 循 環(huán) 量 小 大3 凈 化 度CO220106H2S106CO2%H2S51064 制 冷 消 耗 高 低5 溶 劑 熱 穩(wěn) 定 性 好 好6 價(jià) 格 與 來 源 市 場 供 應(yīng) 多 ， 價(jià) 格 低 市 場 供 應(yīng) 多 ， 價(jià) 格 較 高7 其 他 說 明 粘 度 小 、 吸 收 易 達(dá) 到 平 衡 粘 度 大 、 傳 質(zhì) 差8 工 藝 技 術(shù) 的 成 熟 性 成 熟 成 熟9 影 響 投 資 因 素設(shè) 備 多 、 部 分 材 料 、 機(jī) 泵需 引 進(jìn)軟 、 硬 件 費(fèi) 低10 操 作 與 投 資 操 作 費(fèi) 用 少 、 投 資 高操 作 費(fèi) 用 高 （ 10%） ,投資 低 （ 40%）對(duì)煉鋼用還原氣來說，由于對(duì) CO2 和 H2S 的凈化要求較合成氣低，溶劑循環(huán)量會(huì)有所減少。綜合以上，本項(xiàng)目采用 NHD 凈化工藝。 硫 回 收克 勞 斯 （ Claus） 法 硫 回 收 技 術(shù) 是 目 前 煤 制 氣 、 煉 廠 氣 、 天 然 氣 加 工 副 產(chǎn)酸 性 氣 體 及 其 它 含 H2S 氣 體 回 收 硫 的 主 要 方 法 。典 型 的 克 勞 斯 裝 置 通 常 由 一 個(gè) 燃 燒 段 和 隨 后 的 二 個(gè) 或 三 個(gè) 催 化 轉(zhuǎn) 化 段 組成 , 燃 燒 段 由 帶 有 燃 燒 室 的 燃 燒 爐 和 廢 熱 鍋 爐 組 成 , 在 燃 燒 段 , 克 勞 斯 原料 氣 中 1/3 的 硫 化 氫 按 照 下 面 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 式 燃 燒 生 成 二 氧 化 硫 , 根 據(jù) 克 勞斯 平 衡 反 應(yīng) , 二 氧 化 硫 與 剩 余 的 硫 化 氫 反 應(yīng) 生 成 單 質(zhì) 硫 :H2S+3/2O2 SO2+H2O (a)2H2S + SO2 3S + 2H2O (b) 在 燃 燒 室 典 型 的 1200℃ 溫 度 條 件 下 , 硫 的 轉(zhuǎn) 化 率 為 60~70%, 由 于 原料 氣 中 含 有 CO NH3 和 烴 類 等 雜 質(zhì) , 因 此 在 燃 燒 段 可 產(chǎn) 生 許 多 副 反 應(yīng) , 反 應(yīng) 后 的 氣 體 離 開 燃 燒 室 , 進(jìn) 入 廢 熱 鍋 爐 冷 卻 至 160℃ 左 右 , 回 收 熱 量 產(chǎn)生 蒸 汽 , 以 冷 凝 分 離 液 硫 , 工 藝 氣 再 經(jīng) 加 熱 后 , 將 在 有 克 勞 斯 催 化 劑 的 反應(yīng) 器 里 利 用 催 化 劑 使 克 勞 斯 平 衡 反 應(yīng) 向 生 成 硫 的 方 向 進(jìn) 行 , 以 進(jìn) 一 步 提 高硫 的 轉(zhuǎn) 化 率 。 克 勞 斯 反 應(yīng) 段 由 工 藝 氣 加 熱 器 、 催 化 反 應(yīng) 器 和 硫 磺 冷 凝 器 組 成 。硫 磺 在 克 勞 斯 反 應(yīng) 器 后 冷 凝 分 離 , 未 反 應(yīng) 的 氣 體 進(jìn) 入 下 一 個(gè) 催 化 反 應(yīng) 段 繼續(xù) 反 應(yīng) 和 生 成 硫 , 其 反 應(yīng) 過 程 如 下 :2H2S + SO2 3S + 2H2O (c)對(duì) 于 硫 化 氫 含 量 高 的 富 酸 性 氣 , 設(shè) 有 二 個(gè) 反 應(yīng) 段 的 克 勞 斯 裝 置 理 論 上 的回 收 率 為 96%, 設(shè) 有 三 個(gè) 反 應(yīng) 段 的 克 勞 斯 反 應(yīng) 段 的 克 勞 斯 裝 置 理 論 的 上 的 硫回 收 率 為 98%, 但 在 實(shí) 際 上 , 由 于 受 到 各 種 條 件 的 限 制 , 硫 的 回 收 率 只 能 達(dá)到 94~97%。 而 硫 化 氫 含 量 低 于 25%V 左 右 的 酸 性 氣 ， 硫 回 率 將 更 低 。對(duì) 于 硫 化 氫 含 量 低 的 富 酸 性 氣 ,可 采 用 絡(luò) 合 鐵 法 。 其 溶 液 的 活 性 及 穩(wěn) 定 性好 ， 正 常 情 況 下 無 Fe(OH)3 沉 淀 ， 沒 有 堵 塔 危 險(xiǎn) 。 溶 液 極 易 再 生 ， 生 成 硫 的顆 粒 大 ， 易 于 分 離 。 另 外 ， 脫 硫 溶 液 無 毒 ， 對(duì) 環(huán) 境 污 染 少 ； 溶 液 配 置 簡 單 ，原 料 價(jià) 廉 易 得 ； 溶 液 中 付 反 應(yīng) 生 成 物 增 長 速 度 慢 。由 于 絡(luò) 合 鐵 法 流 程 簡 單 、 設(shè) 備 少 、 占 地 少 、 投 資 省 ， 該 法 也 是 較 普 遍 采用 的 氧 化 脫 硫 方 法 ， 國 外 應(yīng) 用 較 普 遍 ， 我 國 蘭 州 化 肥 廠 、 騰 縣 化 肥 廠 等 用 此法 脫 硫 ， 并 進(jìn) 行 硫 回 收 。綜合以上，本項(xiàng)目采用絡(luò)合鐵法脫硫。 直接還原鐵方案直接還原工藝用于將球團(tuán)礦或塊礦形式的鐵氧化物轉(zhuǎn)換成適于煉鋼的高度還原產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，還原工藝?yán)眠B續(xù)流動(dòng)的還原氣體用化學(xué)方法從鐵氧化物中提取氧。還原過程在低于給料熔融溫度的條件下進(jìn)行。將還原氣（氫、一氧化碳和其它成分的混合物）以可控的成分和溫度引入到還原反應(yīng)器內(nèi)。還原氣沿反應(yīng)器向上流動(dòng)，將下降的鐵氧化物加熱到還原溫度。氫氣及一氧化碳從鐵氧化物中提取出氧，得到高純度還原產(chǎn)品。直接還原溫度控制在850950℃。還原區(qū)發(fā)生的基本反應(yīng)如下：3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO23 Fe2O3 + H2 2 Fe3O4 + H2OFe3O4 + CO 3 FeO + CO2Fe3O4 + H2 3 FeO + H2OFeO + CO Fe + CO2FeO + H2 Fe + H2O 3Fe + 2CO Fe3C + CO23Fe + CO + H2 Fe3C + H2O3Fe + CH4 Fe3C + 2H2在氣基直接還原工藝中，豎爐法的 MIDREX 和 HYL 占有絕對(duì)優(yōu)勢，具有工藝技術(shù)成熟可靠、投資少、生產(chǎn)率高（容積利用系數(shù)可達(dá) 8～12t/m 3d1） 、單爐產(chǎn)量大（最高達(dá) 180 萬 t/年）等優(yōu)點(diǎn)。目前，MIDREX 和 HYL 豎爐生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過不斷完善，已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。Midrex 法Midrex 法為美國米德萊克斯(Midrex) 公司所發(fā)明，是目前普遍使用的生產(chǎn)方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其生產(chǎn)量 2022 年為 2684 萬 t，占直接還原法產(chǎn)量的 66％以上。氣基 Midrex 法是具有代表性的氣基豎爐法，它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。Midrex 法的一次能源是天然氣，通過天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成 CO和 H2。爐料從爐頂通過布料器(或多個(gè)加料管)合理地布入爐中，在還原區(qū)與CO 和 H2 進(jìn)行還原反應(yīng)，最后產(chǎn)品由爐底排出。直接還原后的廢氣中仍含有大量的 CO 和 H2(約 70％)，通過洗滌器重新返回到重整爐，重整后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。Midrex 豎爐法是 1968 年由美國提出， 1969 年第一次建廠，而后迅速發(fā)展起來。Midrex 豎爐法特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，