焦炉煤气高价值的深化利用技术
中国钢铁工业只有积极探索钢铁发展的新方向，研制开发新技术、新工艺，才能全面化解钢铁产能过剩，减少钢铁工业污染物排放，降低生产成本，提高企业的竞争力。
积极发展直接还原-电炉炼钢短流程，可以化解传统长流程的高能耗、高成本、高排放三高“瓶颈”，实现钢铁工业的创新发展。
实现直接还原-电炉炼钢短流程的关键因素是：①具有资源充足、高化学能的还原性气源；②选择合理的、先进的技术工艺，实现规模化工业生产。
在天然气、页岩气丰富的国家和地区，多采用天然气或页岩气作为直接还原的气源；在天然气短缺地区，钢铁长流程占主导地位的国家，例如中国，采用焦炉煤气作为直接还原的气源是合理的选择。
1用焦炉煤气生产直接还原铁可行性研究
用焦炉煤气生产直接还原铁的技术可行性可以从以下几个方面得到肯定的答案。
1）美国纽柯公司250万吨、埃及195万吨、阿联酋160万吨的直接还原铁工厂的相继投产，为直接还原炼铁技术奠定了工业性技术基础。另外，美国页岩气革命超常规地推动了直接还原炼铁工艺的新发展。
2）经研究、半工业性、工业性试验表明，利用天然气生产直接还原铁的装置、装备不做任何改变，完全适用于采用焦炉煤气生产直接还原铁的装置上。
3）采用HYL-ZR工艺生产直接还原铁，由于焦炉煤气中存在BTX等碳氢化合物，在加热过程中会产生碳沉积，影响生产顺行。经过多年研究发现采用如下工艺，碳沉积问题可以消除。
①增设离线重整装置；
②合理运用MIDREX技术决窍。
4）墨西哥HYL-SA公司与首钢设计院，首钢研究院，联合协作，耗时八年，共同完成首钢50万吨直接还原铁项目的可行性研究报告，从技术和经济的层面，全面分析了用焦炉煤气生产直接还原铁的可行性，认为用焦炉煤气生产直接还原铁技术上是可行的，经济上合理的。由于特殊的原因，项目被搁浅，令人惋惜。
5）经研究发现，由于焦炉煤气具有还原介质的特性（含H2在60%以上）用焦炉煤气生产直接还原铁大大优越于用天然气生产直接还原铁。流程短、设备简捷、耗能低、耗氧低是焦炉煤气生产直接还原铁的最大特点。
6）传统长流程（高炉+转炉）中，有高炉存在，必然有焦炉存在，焦炉发生大量的焦炉煤气，以中国为例，每年发生焦炉煤气2000亿立方米，可以为直接还原铁生产提供高化学能的、资源充足的还原性气源。焦炉煤气不仅成分稳定（年平均几乎不变），而且焦炉煤气小时发生量稳定，最适合气基竖炉还原炉的生产要求，是其他还原性气体（如煤制气）不能比拟的。
7）多少年来，我国大型联合钢铁厂的焦炉煤气全部被低价值利用，维持钢铁厂的燃气平衡或能量平衡，当做燃料或发电等使用。我们知道，含60%H2的焦炉煤气不应该用作燃料（H2的发热值为2586kcal/m3），而应该用作还原剂生产直接还原铁，这将是钢铁厂中焦炉煤气重大的改革。
8）用焦炉煤气生产直接还原铁，仍然可以实现钢铁厂中的燃气能平衡。通过钢铁厂中燃气结构的变革，实行燃气“五联供”，即天然气、高炉气、转炉气、煤制气及焦炉煤气联合供应，可以顶替出宝贵的焦炉煤气，使其用于生产直接还原铁，并保持钢铁厂中的燃气平衡。特别是天然气，更适合用作燃料（其热值为9500-10000kcal/m3），以维持钢铁厂中的燃气平衡或能量平衡，这项变革，又将成为工业节能技术的重大创新。
以上不难得出结论；用焦炉煤气生产直接还原铁或改变我国钢铁业的传统生产方式，创新引领先进技术发展。
2页岩气革命或许改变全球钢铁发展新格局
页岩气革命或许引发能源革命与钢铁工艺革命，特别是对能源消耗最大的炼铁工序，将产生重大的影响。页岩气是高炉炼铁的代替燃料又是直接还原-电炉炼钢短流程的气体原料，我国的页岩气中黏土含量高于美国，导致压裂困难，相关的关键技术还需要研究和突破，成功的应用还需要一段时日。
由于北美拥有丰富的页岩气资源，未来美国将成为直接还原铁的主导生产国，欧州由于环保标准十分严格，欧州亦可能成为直接还原铁的重要市场。
奥地利奥钢联在美国抢占市场的先机，成为在美国用页岩气高速发展直接还原铁的第一家外国钢铁企业，该公司投资5亿欧元正在德克萨斯州建设直接还原铁厂，年直接还原铁产能为200万吨。权威专家称，如果页岩气革命发展到全球，直接还原铁产量将占全球铁产量的16%，届时年产量将达到2亿吨，预测未来12-17年即可成为现实。
3世界大型直接还原铁项目案例分析
3.1阿布扎比酋长钢铁公司（EMIRATES STEEL）直接还原铁项目
阿布扎比酋长钢铁公司在阿布扎比MUSSAFAH建设两个160万吨直接还原铁厂，两个140万吨电弧炉炼钢车间，该工厂由达涅利公司承包建设，设备由达涅利公司提供。两个直接还原-电炉炼钢短流程工厂，分别于2009年、2011年投产。投产以来，生产一直保持良好状态，设备性能和各项技术指标不断改善和提高。近年，工厂粗钢总产能已由年产350万吨提高到400万吨。
直接还原铁工厂选用TANOVA-HYL-ZR气基竖炉工艺，各项指标达到设计指标，详见表1。表2示出电炉设备性能指标。
表1直接还原铁设备的设计指标
表2电炉炼钢设备性能指标
3.2埃及SUEZ钢铁公司直接还原铁项目
埃及SUEZ钢铁公司（SSC）ENERGIRON直接还原铁厂生产装置（年生产能力195万吨）和以DRI为原料的电炉炼钢车间2014年顺利通过设备最终验收，钢水年生产能力为128万吨。
直接还原铁厂采用TANOVA与达涅利共同开发的ENERGIRON ZR技术（无重整器），在反应器中利用金属铁作催化剂，将天然气转变成重整气体，由于还原气体在还原阶段产生的，因此可以使直接还原过程整体能源效率优化。这种设备配置方式最终导致天然气消耗量降低，甚至低于2.35Gcal/t，ENERGIRON直接还原铁装置的碳足迹最少，特别设有选择性回收CO2装置，导致CO2排放量减少34%，该装置具有高温、高压、高碳的特点，导致产品的质量好（94%），含碳量高（4%）。
该工厂设有HYTEMP热送系统，可使吨钢电耗降低，缩短出钢周期。
该装备于2014年1月顺利通过设备考核验收，并交付SUEZ钢铁公司使用。
3.3美国纽柯钢铁公司直接还原铁项目
美国纽柯钢铁公司路易斯安娜州建设250万吨/年直接还原铁厂，投资2.5亿美元。于2013年12月24日顺利投产。其工艺采用ENERGIRON ZR，产品为冷直接还原铁，产品的金属化率为94%-96%，产品的碳含量为4%-6%。
该直接还原铁工艺流程的特点如下。
1）装置系气基竖炉直接还原工艺，100%天然气作为直接还原气源，用反应器中的纯铁作为气体重整触媒，不外设重整器，故称自重整技术（ZR）。
2）反应器的顶气，经过脱水、脱硫后与原料气混合，在加热器中加热至930℃，加入纯氧升温至1050℃，喷入反应器中部，与铁精矿进行还原反应，生产高质量的直接还原铁。
3）还原反应的同时发生渗碳反应（3Fe+CH4=Fe+2H2），直接还原铁碳含量高达4%-6%，对电炉炼钢操作和节能产生正影响，电弧炉电耗在360-400kWh/t LS区间。
4）250万吨/年直接还原铁装置为世界上最大的直接还原炼铁装置。该装置的产能与3200m3大型高炉相匹配，为高炉-转炉流程大型联合钢铁厂生产还原铁开辟了先河。美国页岩气革命带来电力天然气低价化，促进了气基直接还原铁工艺的发展。在同一规模条件下，气基直接还原铁工艺CO2排放量为高炉的1/2，投资额仅为高炉的1/3。为传统大型钢铁厂转型升级，技术改造提供新的方向。
5）由于直接还原铁为纯净铁，因此，可以生产纯洁钢，为钢铁厂生产高端钢材创造了条件。
6）本装置气体循环系统中设有选择性CO2回收装置，有效回收CO2，降低系统中CO2的排放量30%-40%，保持钢铁厂环保的可持续性，推动绿色钢铁和低碳钢铁的运行。
通过上述三个大型直接还原铁厂的投产、生产状况的剖析可以发现，直接还原炼铁技术发展，日臻成熟，特别是直接还原装置单模块的生产能力，已由20万吨、30万吨，发展到160万吨、195万吨、250万吨并在挑战300万吨，这样生产能力的直接还原装置，完全可以跻身于大型钢铁联合企业，大型直接还原铁-电炉炼钢短流程工厂的投产和生产水平的不断提高，为炼铁新工艺奠定了重要的技术基础，为传统的钢铁工厂转型升级制定了创新技术路线图。
4焦炉煤气生产直接还铁技术在我国应用的前景分析
直接还原铁是电炉炼钢的重要原料，是我国高端装备业的主要原料。在铁水炼钢工艺中，由于铁水中含有的磷、硫等无法去除，严重影响了铁水纯度，使钢材脆性增加、降低钢材质量。通常来讲，洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等是特钢的本质特征。因此，采用高炉铁水很难生产出高端特钢产品。目前飞机起落架、轴承等抗疲劳高强钢，核电站用耐高温、抗辐射不锈耐热钢管等材料不能实现国产化。我国钢铁工业要实现高端产品的国产化，首先要提高原料的纯度。
要改变我国炼铁业的现状，最好的办法是进行产业升级。气基直接还原工艺是世界最先进的炼铁技术，与高炉相比，其在节能、环保、产品质量等诸多方面显现出巨大的优势，是产业升级的最好选择。
随着气基直接还原装置单模块生产能力的提高、生产规模的扩大，该工艺显示出巨大的发展潜力。
在我国，传统长流程占绝对统治地位，因此每年发生大量的焦炉煤气。利用传统长流程的富裕焦炉煤气，配套直接还原-电炉短流程，可以实现钢铁生产长流程与短流程的完美整合。使用焦炉煤气生产直接还原铁，既可以生产高品质纯净铁料，满足高端产品的要求，又可以使我国丰富的焦炉煤气获得高价值的深化利用。（来源：世界金属导报）
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