【新刊速览】张建良：氢基直接还原炼铁工艺的创新与实践

yaohbsg 2023-08-15 发布于广东

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氢基直接还原炼铁工艺的创新与实践

张建良¹，巨世峰²，刘征建¹，范晋峰²，李克江¹，白明光²，杨天钧¹，季爱兵²

(1. 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083；2. 山西中晋冶金科技有限公司，山西晋中 030600)

摘要

氢能是21世纪最具有发展前景的清洁能源，对富氢能源的应用也是目前中国能源结构重要的发展方向之一。在“碳中和”的大背景下，中国的钢铁行业构建了“富氢减碳”的钢铁用能新体系，该体系已然成为当今行业的重要趋势。中国山西直接还原炼铁工艺(China Shanxi Direct Reduction Iron, CSDRI)以伊朗气基还原炼铁技术PERED工艺为基础，历时十余年(2010年立项，2020年12月建成试运行)，开发了具有完全知识产权的集成技术。该工艺以氧化球团为原料，以焦炉煤气为气源，生产过程完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿，从源头减少碳素使用，有效降低污染物的产生。与传统高炉炼铁流程相比，生产成本具有一定优势，碳排放量得到显著降低，且工厂布局紧凑，用地得到大幅节约。该工艺对焦炉煤气有效利用，促进了焦化行业和炼铁行业的有机结合。详细介绍氢基直接还原炼铁工艺原理以及工厂运行情况，系统总结了CSDRI技术研发过程中的关键技术创新，论述了该工艺的系统组成和关键设备，梳理了其直接还原铁产品的生产指标。CSDRI工艺具有绿色低碳高效的特点，为中国氢基还原炼铁技术的发展提供了重要的指导方向，为中国钢铁行业转型升级、产品结构调整、提高钢铁品质探索出了一条新的路径。

关键词

CSDRI；氢基直接还原；技术创新；生产指标；低碳高效

引言

近年来，随着CO₂减排工作的不断推进，采用绿色清洁能源替代化石能源已成为实现“碳中和”的必经之路。氢能作为一种绿色清洁的二次能源正在快速发展，使用氢能冶金代替碳冶金已经成为钢铁工业实现绿色低碳的重要技术路径。因此，积极推动氢能冶金工艺及其相关的工程技术发展，大力研究“以氢代碳”以实现“零排放”的核心技术和装备，是当下全球钢铁工业的重要发展方向。气基直接还原炼铁技术是当今世界上先进的炼铁技术之一，其原理是以天然气或其他富氢气体为气源，重整制成合格的CO+H₂还原气，与氧化球团通过气固相反应生产出直接还原铁。该工艺具有高效、节能、减排的特点，产品是冶炼优质钢的绝佳原料。

中国山西直接还原铁工艺(China Shanxi Direct Reduction Iron，CSDRI)是实现钢铁生产的短流程，即废钢/直接还原铁-电炉流程的重要环节。与传统的高炉炼铁工艺相比，直接还原炼铁法特别是气基直接还原工艺，去除了焦炭、煤炭和烧结矿的使用，从源头减少碳素输入，污染物产生和排放大幅减少，其碳减排效果更加显著。该技术主要以伊朗气基还原炼铁技术PERED工艺为基础创新改进而成。该技术已经应用于国内某企业，使其成为全国首个氢基还原铁示范基地。该基地由核心项目30万t/a直接还原铁示范项目和气源配套100万t/a焦化项目构成，总投资20亿元，占地面积700余亩，有望每年减少约30万t CO₂排放。

本文首先介绍了氢基直接还原炼铁工艺的基本原理和使用该技术的基地概况，接着对主要的几项技术创新进行了梳理总结，主要包括竖炉结构优化、焦炉煤气多相催化重整技术、竖炉操作技术以及资源循环利用技术等，最后简要介绍了CSDRI工程最新的生产数据。CSDRI是一种新型、优质、低污耗、高效的非高炉炼铁新工艺，为中国氢基直接还原炼铁的领先技术，为中国钢铁行业转型升级、产品结构调整、钢铁品质提升探索出了一条新的路径。

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