正当围城钢铁企业退城搬迁如火如荼，非高炉炼铁山重水复几乎被权威人士判死之际，山西省晋中市左权县中秋之际爆出大消息：历经10年，以“钉钉子的精神”驰而不息地进行国产化技术攻关，破解了一系列制约气基还原铁技术工程转化的技术难题之后，我国第一套30万吨/年焦炉煤气制直接还原铁工业化试验装置——中晋太行矿业有限公司氢气直还铁项目横空出世，将于2019年10月调试投产。
中晋太行矿业有限公司气基直还铁项目自引进德国MME公司气基还原铁PERED工艺包发端，中晋冶金组织中国石油大学(北京)、北京科技大学技术三方通力协作，经历了长达十年的合力攻关 。中晋冶金集成中国石油大学合作研发的“焦炉煤气干重整还原气工艺”，首次提出了CSDRI气基竖炉还原铁技术，并与北京科技大学合作对气基还原铁工程转化中的重大技术难题进行了自主创新，完成了全部技术转化与工程设计工作。2017年8月24日，中晋太行矿业有限公司年产30万吨焦炉煤气制直接还原铁项目全面开工建设。
中秋节当天记者联线中晋太行矿业有限公司原总经理鲁庆，请他谈了中晋太行氢气直还铁项目技术创新细节。鲁庆说：国外的气基还原铁大多采用天然气作为气源，我国天然气资源量相对短缺。于是，在气源选择上，我们选择了国内资源量相对富裕的焦炉煤气，在此基础上主要完成以下创新：1、首创了国内首套卧式干重整转化炉，研制了新一代镍基催化剂
焦炉煤气除了富含H2之外，还含有一定数量的CH4和CO2。为使合成气H/C比可调，需要对焦炉煤气中的CH4和CO2进行重整。中国石油大学(北京)周红军、余长春教授 团队集合国内制氢炉的设计优点，借鉴国外转化炉的实践经验，成功设计了具有自主知识产权的国内首套卧式干重整转化炉，该炉克服了热膨胀的技术难点，以及炉管的材质选型，防止金属陈化等问题，热效率达92%，达到了国内制氢炉的先进水平；与其配套研制了新一代镍基催化剂，通过添加稀有金属，有效控制了积碳问题；利用该干重整炉制成的还原气H2/CO比为1.1-2.0，可调范围较宽，有利于氢气还原过程中实现热平衡；为防止在开车初期或者不饱和烃超标，该干重整炉还设计了临时补充蒸汽管线，可实现蒸汽和二氧化碳双重整工艺。2、干重整炉低温烟气应用于竖炉密封气、吹扫气技术研发为防止热还原铁与空气接触发生氧化反应以及防止还原气外泄，降低还原铁的金属化率和还原气的利用率以及形成局部高温粘结区，需要采用惰性气体进行密封，国外的气基竖炉密封气、吹扫气通常采用以下两种方式：一是采用制氮装置制取的氮气，N2：99.9%，温度：-40℃-40℃、压力0.19--0.22MPa；二是抽取重整炉辐射段1100℃高温烟气(N2体积分数61.57%；CO2体积分数16.78%；H2O体积分数20.13%；O2体积分数1.52%)，经过降温、脱水、压缩制成合格的烟气用于竖炉的密封、吹扫。为了降低能耗和制取密封气、吹扫气的投资，降低生产成本，中国石油大学(北京) 周红军、余长春教授团队通过多次论证和计算，大胆采用抽取重整炉对流段的120℃低温烟气，经过降温、脱水、压缩等工艺制成了合格的烟气用于竖炉的密封，取得了高于国外的效果。目前已申请了多项实用性专利或发明专利，专利号：“CN208485901U”。3、研发了新型镍锌吸附剂，有效脱除焦炉煤气中有机硫、无机硫。焦炉煤气中含有各种有机硫以及萘、焦油等杂质。为保证重整催化剂的活性，需要将气体中的总硫脱除到1ppm以下。传统的焦炉煤气的脱除硫的工艺采用钴钼加氢或铁钼加氢工艺，将有机硫转化为无机硫加以脱除，该工艺的特点是：流程长、操作压力高(2.0MPa左右)。为此，中国石油大学(北京)研发出了新型镍锌吸附脱硫剂，该新型吸附剂可将有机硫加氢转化和脱除一次性完成。操作压力在0.8mpa，操作温度350℃，一塔运行、操作简单。同时，该吸附剂可以重复再生使用。最重要的是该镍锌吸附剂可将不饱和烃转化为饱和烃，使得进入重整炉的不饱和烃含量≤100ppm，有效防止了干重整过程中的积碳问题。为了将高温烟气蕴含的热能迅速移走，确保重整炉辐射段安全运行，在对流段设计增加了急速蒸发器，回收高温蒸汽10t/h(温度220℃、压力1.0MPa)。副产蒸汽用于净化工区精脱硫的再生。既回收利用了废热，又实现了能量的综合利用。为了摆脱单一气源可能对气基还原铁生产的制约，中晋太行矿业有限公司与中国石油大学(北京)合作成立了北京中晋中石化工冶金技术有限公司，开发研究了多种气源还原气制备技术。在煤制甲醇企业中存在着大量的甲醇驰放气，为了综合利用，他们和江苏煤化工研究院进行技术交流，针对甲醇驰放气的H2/CO=10-15用于生产直接还原铁进行了交流讨论，并向该单位提供了技术方案。目前已经完成了天然气、甲醇驰放气、煤层气、煤制气、沼气等多种原料气制备还原气技术研究与验证，并获得国家专利。鲁庆说：在还原铁工序，我们和北京科技大学张建良、杨天钧教授团队完成了CSDRI还原炉工艺研发、模型建构和试验平台建设，取得20多项原始技术创新。
1、设备国产化率达到90%以上，实现设备本土化制造。在长达十年的科研攻关中，中晋太行矿业有限公司与国内知名生产企业一起完成了对德国MME授权技术：竖炉内关键设备均流器、松料器、上料溜管、配料器产品的本土化制造，国产化率达90%以上，并且独立研发出了具有自主知识产权的CSDRI 氢气还原铁成套技术及装备。2、垂直提升机输送铁基原料，保证竖炉原料进料系统长周期运行氧化球团是竖炉生产的基本原料，为使氧化球团在连续稳定的输送至竖炉的过程中，不损耗、不抛撒，不破，我们将原设计采用的大倾角皮带输送修改为垂直提升机输送，并选购了意大利某公司生产的相关产品，最大限度地减少了破损。
2017年中晋冶金与北京科技大学联合，研发了冷、热竖炉气基还原工艺技术；对左权矿、西北矿、澳矿、印度矿、钒钛矿、秘鲁矿等多矿种气基还原技术进行了系统研发，包括试验研究与验证，并申请了相关技术专利。
截至目前为止，已经取得一种高效的气基竖炉直接还原炼铁系统及方法、一种具有均流器的还原立式竖炉、一种生产冷直接还原铁的气基竖炉、一种生产热直接还原铁的气基竖炉等22项发明专利和实用新型专利。
4、直接还原技术其他领域应用
处理伴生资源。利用氢气具有很强还原性的化学性质，采用竖炉还原反应器，以一定比例的还原气对钒钛矿、钛铁矿、硼铁矿、低品位红土镍矿等进行还原，还原产品通过熔化分离可以实施铁、钒、钛、硼、镍等的有效分离。
目前已在实验室进行了钒钛矿资源的气基还原技术。
处理固体废弃物。赤泥是氧化铝生产过程中所产生的废弃物，含铝、铁及其他重金属盐类等成分，每生产1吨氧化铝约产生赤泥0.8吨-1.5吨，但赤泥的处理和综合利用始终是一个世界性难题。采用氢气还原技术进行还原，通过选矿处理，可提炼出50%-55%铁粉。目前已在实验室进行了验证。硫酸渣是黄铁矿制硫酸工艺的残渣，一般含铁40%-55%，采用氢气还原技术提炼铁，是一种新途径，可以解决硫酸渣的回收，既解决硫酸渣环境堆放问题又可生产直接还原铁产品。
制取BaSO4新工艺。日化行业，利用重晶石生产BaSO4（钛白粉），传统的方法是采用煤基进行还原，存在着诸多缺点：一是规模小、成本高、产品质量不稳定；二是能耗高、污染大。发挥氢气良好的还原剂优势，采用氢气还原技术，利用竖炉工艺原理，将重晶石还原成BaS再生产BaSO4，生产高附加值的钡盐，解决轻化工行业制取硫酸钡的高污染、产能低的工艺。目前他们已经给某日化企业提供了技术方案。
鲁庆说，经过两年多的建设，目前，中晋冶金位于山西左权的首套氢气还原铁工业化示范工程——中晋矿业年产30万吨氢气还原铁项目工程形象进度：图纸设计完成100%，主体设备采购完成100%，工程整体进度完成80%，土建完成95%，即将进行开工试车。
CSDRI 中晋太行氢气还原炉（可简称太行炉与太行发动机类似：小编注）还原铁具有以下优势：一是工艺流程短。CSDRI 竖炉流程属于非高炉炼铁，取消了污染单元焦炉、烧结，因此工艺流程短；二是非焦还原温度低。高炉流程介质为含硫量高的焦炭，冶炼时鼓入1200℃热风，炉内温度 2000℃左右，设备使用寿命较短。而CSDRI 竖炉流程介质是焦炉煤气重整后的合成气，炉内鼓入 900℃ H2/CO<2.0的混合气，低温还原，设备使用寿命大大延长；三是工程减排幅度大。由于用氢气和一氧化碳作为还原剂炼铁，反应产物主要是H2O和CO2。而CO2按照工艺要求须回收作为前面干重整工序的原料，这样就在工程设计上减少了CO2排放。据测算，CSDRI 竖炉流程比高炉流程 CO2排放减少 32%，SO2排放减少 74%，NOx排放减少62%，大大降低了污染物排放。四是产品纯度高。高炉流程产出的产品是铁水，其中 S、P、Cu、Ti、Zn等杂质含量高，而竖炉流程是固态海绵铁，其中 S、P、Cu、Ti、Zn等杂质含量很低，为冶炼高品质特钢奠定了基础。CSDRI技术方案彻底摆脱了气基还原铁技术对天然气的依赖，大幅度减少了污染物排放，所产还原铁成本低于高炉铁水。CSDRI技术的大面积推广必将带来我国钢铁工业的一场革命。
经过十多年的苦逼坚持，中晋冶金已经具备了CSDRI还原炉从设计、到制造，以及EPC总包能力，中晋冶金在艰难中也完成了自身的华丽蝶变，已经蓄势待发，即将一飞冲天！
