年产250万吨直接还原铁项目可行性研究报告书.doc

250万吨/年直接还原铁项目

可行性研究报告

XX省冶金设计院
1 总论
1.1 概述
1.1.1 项目名称
250万吨/年直接还原铁项目
1.1.2 项目负责人

1.1.3 项目建设单位名称
1.1.4 项目建设地点
1.1.5 项目建设单位基本情况
1.2 建设指导思想
（1）以循环经济理念来指导项目建设，认真贯彻国家和地方有关法规及行业政策。特别是环保、节能、安全、卫生、消防等方面的政策和法规。
（2）坚持高起点、高效益、低消耗的设计原则，采用当今国内外先进的技术及装备，建成国内外先进的环保型企业。
1.3 项目建设的背景
1.3.1 项目提出的理由与过程
本项目依托XXXX自治县的铁矿资源。该县隶属于XX市，1987年5月成立XX自治县，2001年被列为国家扶贫开发重点县，辖25个乡镇，396个行政村。全县总面积3510平方公里，总人口52.9万，有满、汉、苗、回等11个民族，XX人口占68.6%。境内区域广阔，资源丰富，有铁、金、石等多种矿产资源，其中铁矿资源尤为丰富，铁矿资源储量达15亿吨以上。
为实现县域经济的跨越发展，不断培育县域经济发展的后劲和支撑，XX县委、县政府依托本县丰富的铁矿资源，与具有雄厚经济实力和技术优势的我国最大的钢铁企业河北钢铁集团公司（原唐山钢铁集团）、北京XX热能技术有限公司合作，建设山XX经济示范园区，实施工业入园，园区带动的发展战略，落实工业生产项目，促进企业合作、规模化生产，实现优势互补、良性互动。
唐钢负责整合本县主要铁矿资源，并在园区建设260万吨/年规模的氧化球团厂，XX公司以氧化球团为原料，建设竖炉年产250万吨直接还原铁作为铁浴炉的原料，铁浴炉生产88万吨融熔还原铁水。铁水供唐钢作为炼钢原料。唐钢气体公司提供氧气氮气等工业气体。目前，竖炉年产250万吨直接还原铁项目已获河北省发展改革委批准，氧化球团厂已经开始建设。
1.3.2 项目建设的必要性
采用直接还原工艺生产海绵铁产品，具有有害杂质含量低，性能稳定等优点。竖炉法生产还原铁，在我国还是空白。山XX循环经济园区融熔还原铁水项目，采用水煤浆气化做还原气，竖炉直接还原生产海绵铁作为铁浴炉原料，生产融熔还原铁水，融熔还原铁水比高炉铁水硅低、磷低的特点(见3.2描述)，对后道工序炼优质钢提供保证。
1.4 研究结论
1.4.1 研究范围
主要分为三部分：还原气体制备系统、竖炉系统和铁浴炉系统。
还原气体制备系统包括：原煤贮运、气化、变换、脱硫、脱碳、硫回收六部分。
竖炉系统包括：还原气预热、还原竖炉、炉顶气降温除尘、炉顶气压缩、上料系统、水循环系统。
铁浴炉系统包括：矿槽上料系统、鼓风系统、热风炉系统、铁浴炉本体、通风除尘系统、出铁场、煤粉喷吹系统。
公用工程包括火炬、变配电所、控制室、中央化验室、循环水站、污水处理、通风除尘、消防及其它辅助设施。
新鲜水、消防水、蒸汽、氧气、氮气、脱盐水、仪表风、压缩空气等由工业园区统一供应，不在本项目范围之内。
1.4.2 研究结论
“气基直接还原铁+铁浴炉”工艺技术先进，设备运行安全可靠，产品质量优良。作为高品质优质钢种生产所必不可少的原料。
项目投产后，还将会促进地方相关产业的发展，促进XX县及周边地区的经济繁荣。
本项目的建设投资197085万元，所得税后内部收益率26.09%，投资回收期为5.5年（含建设期1.5年），项目的盈利能力满足行业要求。
项目各项效益指标及敏感性分析结果表明,项目具有较强的抗风险能力和贷款清偿能力。
综上所述，该项目工艺技术先进成熟，市场前景良好，建成后能带来良好的经济效益和社会效益，建议尽快建设。

1.4.2.1主要技术经济指标汇总表
表1-4 主要技术经济指标汇总表
序号
名 称
单 位
数量
备 注
一
装置规模

融熔还原铁水
万吨/年
88
公称能力

煤气
万Nm3/年
78656
副产品

水渣
万吨/年
18.5
副产品

硫磺
吨/年
～2000
副产品
二
年操作时间
小时
7200

三
主要原料

1
煤
万吨/年
45

2
氧气
Nm3/h
23352

3
氧化球团
万吨/年
161
竖炉原料
四
公用工程

1
新鲜水
万吨/年
504

2
电
万kWh/年
12000

3
脱盐水
万吨/年
21.6

4
氮气
Nm3/h
4587

5
仪表空气
Nm3/h
1600

6
蒸汽
万吨/年
12000

五
三废

1
废气
Nm3/h
87500
达标排放
2
废水
t/h
49

3
废渣
万t/a
8.07
作为副产品外售
六
年总运输量
万吨/年
336.77

1
运入
万吨/年
222.2

2
运出
万吨/年
114.57

七
占地面积
公顷
16

八
总定员
人
242

2 产品市场预测
2.1 世界直接还原铁产量
2006年，世界直接还原铁产量创新高，达到了5959万吨，比上年增长290万吨增幅4.9%。2007年估计产量6500万吨。历年世界直接还原铁产量统计见表2-1，走势图见图1。由表1和图1可知，2001~2007年增速最快，平均年增幅为7.1%。表明了2001~2007年直接还原铁需求的强劲增长，据预测，2010年全球直接还原铁的产量将达到7500万吨。
世界各国直接还原铁厂产量统计见表2-2，自2003年以来，印度取代了委内瑞拉成为全球最大的直接还原铁生产国。其次为委内瑞拉、伊朗，他们共同的特点是均为铁矿石或天然气资源大国。印度就得益于铁矿石资源和其西部的天然气资源。美国有57%的粗钢是电炉生产的，2000年直接还原铁产量160万吨，2006年只生产了20万吨，进口277万吨。
表2-1 历年世界直接还原铁产量统计 单位：百万吨
年份
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
产量
0.79
0.95
1.39
1.9
2.72
2.81
3.02
3.52
5
6.64
7.14
7.92
7.28
比上年%

20.3
46.3
36.7
43.2
3.3
7.5
16.6
42.0
32.8
7.5
10.9
-8.1
年份
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
产量
7.9
9.34
11.17
12.53
13.52
14.09
15.63
17.68
19.32
20.51
23.65
27.37
30.67
比上年%
9.34
11.17
12.53
13.52
14.09
15.63
17.68
19.32
20.51
23.65
27.37
30.67
9.34
年份
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007

产量
33.3
36.19
36.96
38.59
43.78
40.32
45.08
49.45
54.6
56.99
59.79
6500

比上年%
8.6
8.7
2.1
4.4
13.4
-7.9
11.8
9.7
10.4
4.4
4.9
8.6

图1 历年直接还原铁产量增长走势图

表2-2 世界各国直接还原铁厂产量统计 单位：百万吨

2001
增加
%
2002
增加
%
2003
增加
%
2004
增加
%
2005
增加
%
2006
增加
%
印度
5.59
13.9
6.59
14.6
7.67
15.5
9.37
17.2
11.1
19.9
14.7
24.7
委内瑞拉
6.38
15.8
6.89
15.3
6.9
14
7.83
14.3
8.95
16
8.6
14.4
伊朗
5
12.4
5.28
11.7
5.62
11.4
6.41
11.7
6.85
12.3
6.9
11.5
墨西哥
3.67
9.1
4.9
10.9
5.62
11.4
6.54
12
5.98
10.7
6.2
10.3
沙特阿拉伯
2.88
7.1
3.29
7.3
3.29
6.7
3.41
6.2
3.63
6.5
3.6
6
俄罗斯
2.51
6.2
2.91
6.5
2.91
5.9
3.14
5.8
3.34
6
3.3
5.5
埃及
2.37
5.9
2.53
5.6
2.87
5.8
3.02
5.5
2.9
5.2
3.1
5.2
特立尼达和多巴哥
2.31
5.7
2.32
5.1
2.28
4.6
2.36
4.3
2.05
3.7
2.1
3.5
阿根廷
1.28
3.2
1.46
3.2
1.74
3.5
1.74
3.2
1.83
3.3
2
3.3
南非
1.56
3.9
1.55
3.4
1.54
3.1
1.63
3
1.78
3.2
1.8
2.9
利比亚
1.09
2.7
1.17
2.6
1.34
2.7
1.58
2.9
1.65
3
1.6
2.7
印度尼西亚
1.48
3.7
1.5
3.3
1.23
2.5
1.47
2.7
1.39
2.5
1.3
2.2
马来西亚
1.12
2.8
1.08
2.4
1.6
3.2
1.68
3.1
1.38
2.5
1.5
2.6
新西兰
0.93
-
0.88
-
1.02
-
1.03
-
0.99
1.8
-
-
卡塔尔
0.73
1.8
0.75
1.7
0.78
1.6
0.83
1.5
0.82
1.5
0.9
1.5
加拿大
0
-
0.18
0.4
0.5
1
1.09
2
0.59
1.1
0.5
0.8
德国
0.21
0.5
0.54
1.2
0.59
1.2
0.61
1.1
0.44
0.8
0.6
1
巴西
0.43
1.1
0.36
0.8
0.41
0.8
0.44
0.8
0.43
0.8
0.4
0.6
中国
0.11
0.3
0.22
0.5
0.31
0.6
0.43
0.8
0.41
0.7
0.4
0.7
美国
0.12
0.3
0.47
1
0.21
0.4
0.18
0.3
0.22
0.4
0.2
0.4
秘鲁
0.07
0.2
0.03
0.1
0.08
0.2
0.08
0.1
0.09
0.2
0.1
0.2
澳大利亚
1.37
3.4
1.02
2.3
1.95
3.9
0.69
1.3
-
-
-
-
2.2 价格现状与预测
2.2.1价格现状
我国是世界第一钢铁大国，估计2007年全球粗钢产量13.5亿吨，我国约5亿吨，占37%。主要钢铁原料铁矿石对外依存度达51%以上，进口价从2005年到2008年分别上涨了71.5%、19%、9.5%、65%，三年已经翻了一番，2008年铁矿石涨价65%，唐山地区铁精矿粉价格去年12月份已超过1500元/t。参见表2-3，图2。

表2-3 2007年1-12月国内主要地区铁精粉价格
2007年1-12月国内主要地区铁精粉价格
地区
辽宁朝阳
山西代县
湖北大冶
河北唐山
山东淄博
安徽繁昌
TFe
66%
64%
63%
66%
64%
64%
单位：元/t
湿基不含税
干基含税
1月
475
487.5
620
740
715
660
2月
492.5
507.5
620
755
730
675
3月
530
542.5
622.5
775
750
690
4月
542.5
595
655
785
770
700
5月
587.5
607.5
697.5
875
782.5
740
6月
597.5
600
730
852.5
800
790
7月
615
612.5
745
872.5
835
825
8月
687.5
727.5
867.5
1057.5
965
897.5
9月
887.5
877.5
1032.5
1292.5
1190
1045
10月
927.5
895
1112.5
1347.5
1275
1162.5
11月
960
960
1215
1372.5
1345
1275
12月
1015
967.5
1322.5
1517.5
1472.5
1362.5
图2

2.2.2 废钢价格情况
我国钢铁工业的快速发展是在近十年才兴起的，社会废钢的积蓄量还很低，约在13~15亿吨，还未进入废钢铁高产期。废钢铁的供应量的增长远远跟不上钢铁产量的增长幅度，从上世纪九十年代中期开始进口废钢，整个废钢市场进入了供不应求的运行周期。
全世界平均吨粗钢耗用废钢400~500kg ，我国由于缺乏废钢资源，2000年废钢单耗水平为228kg/t，是世界平均水平的50%，2007年我国废钢单耗按160kg/t测算，全年废钢需求量为7840万吨。据测算，2007年社会废钢产生量4200万吨，钢铁企业自产废钢3000万吨左右，加上铸造、设备制造小五金行业、小钢厂用料，废钢缺口2500万吨以上。2007年全年只进口废钢2250万吨。2007年1~9月废钢生铁平均价格走势见表2-4和图3。
表2－4 2007年1~9月废钢生铁平均价格表 单位：元/t
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
废钢价格
2021
2060
2097
2120
2184
2189
2357
2357
2416
生铁价格
2261
2378
2459
2520
2620
2663
2632
2844
3075

图3 2007年1~9月废钢生铁平均价格走势图

2007年1~8月进口普通废钢202万吨，与上年同比降了51.28%，8月进口普通废钢价格上升到491美元/t，创历史新高。进口废钢市场继续处于低迷状态，国内废钢缺口得不到足够的补充，进一步加剧市场的紧张局面，废钢市场继续高价位运行已成定局。由于废钢资源供应不足，炼钢生铁采购过旺，涨势自然强劲。
2.2.3价格预测
我国的直接还原铁产量低，需求量高，其价格也自然随着铁矿石、废钢和生铁的涨势而上涨。2007年在氧化球团价格1600元/吨的情况下，天津无缝钢管厂的直接还原铁出厂价高达4000元/吨,未来几年也将维持在高位运行。
2.3 市场竞争力分析
市场竞争力，主要取决于市场容量和生产要素的优化重组。2007年全球粗钢产量约13.5亿吨，我国粗钢产量约5亿吨，占全球产量的37%；全球直接还原铁产量约6500万吨，我国只有50万吨，只占0.77%。如果按全球的直接还原铁所占粗钢产量的平均比例计算，我国直接还原铁的缺口为2350万吨。
党的十六届三中全会《决定》提出，“抓住新一轮全球生产要素优化重组和产业转移的重大机遇”。全球生产要素优化重组和产业转移，本质上说的是一种产业结构调整现象。对于现代化大工业生产，资源、技术、管理、资金、信息都是非常重要的生产要素。XX山XX经济园区的“250万吨直接还原铁+铁浴炉”项目，依托当地铁矿资源优势，通过北京XX公司把先进的气基直接还原技术引进到本园区，填补了我国的技术空白和产品空白。依托区位优势，生产的优质融熔还原铁水产品可满足环渤海经济圈装备制造业和钢铁业急需的高品质炼钢铁料，以促进其加工贸易和产业的转型升级。
该项目原料和产品均在工业园区内，可以减少原料和产品的库存量，减少生产和管理成本，有利于发展循环经济。
3 产品方案及产品规格
3.1 产品方案
本项目产品方案为：
融熔还原铁水：88万吨/年
或直接还原铁：250万吨/年
副产品：
硫磺：～2000吨/年
煤气：7.36 X 108Nm3
水渣：18.5万吨/年
年操作时间：7200小时
生产方式:连续生产
操作制度：四班三运转
3.2 产品规格
日常生产热装铁水，铁浴炉检修时，生产热压块HBI
直接还原铁HBI质量指标为：
序号
项 目
指标(wt)
1
金属化率
92%
2
碳（C）
1.3%
3
全铁（TFe）
92.2%
4
金属铁（MFe）
84.8%
5
FeO
8.1%
6
脉石总量
4.9%

融熔铁水成份
序号
项 目
数值
1
碳
4.3 %
2
硅
0
3
锰
0.04 %
4
磷
0.03 %
5
硫
0.03 %
6
温度
1480 ℃
4 工艺技术方案
4.1 工艺技术方案的选择
本装置采用目前先进的水煤浆气化工艺制还原气，还原气氢碳比可通过变换灵活调整，能为还原铁生产提供优质的还原气；还原铁生产采用Midrex工艺，技术先进可靠。还原铁直接进入铁浴炉，工艺流程图如下 ：

4.1.1 还原气制备方案
4.1.1.1 煤气化
以煤为原料的气化方法主要有固定床、流化床和气流床等。
固定床气化技术在我国运用较广，较为先进的有鲁奇（Lurgi）气化技术，在我国建有3套装置。该技术虽然能连续加压气化，但由于气化温度低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，净化流程长；尤其是该技术只能用碎煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。此技术用于城市煤气较好，不宜作还原气。
固定层间歇气化技术是我国小氮肥、小甲醇厂普遍采用的气化技术。该技术投资低，技术成熟；但气化效率低，单炉产气量少，常压间歇气化，吹风过程中放空气对环境污染严重。该技术在国外已被淘汰。
国内在固定床间歇气化技术的基础上发展而来的富氧连续气化技术，虽然实现了连续气化无吹风气排放，污染较少，但只能采用焦炭或无烟块煤作原料，原料价格高；也同样存在着单炉生产能力较小等缺点。不适宜大规模生产。
流化床气化技术主要有灰熔聚流化床粉煤气化和恩德炉粉煤气化技术。
灰熔聚流化床粉煤气化技术为中科院山西煤化学研究所与秦晋科技公司开发，该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1250℃下气化，固体排渣。但气化压力低、单炉产气量小，其次是煤气中粉尘含量高，净化困难，目前尚没有稳定运行的装置。
恩德粉煤气化技术是由我国抚顺恩德机械有限公司引进国外专利技术，并进行重大改进完善开发成功的工艺，属于沸腾床粉煤气化技术。目前主要在空气煤气、半水煤气生产方面建有装置，但也是气化压力低、用于还原气净化负荷大及碳利用率低。另外，粗煤气中含灰量较大，造成废锅及洗涤塔等处易堵塞，需经常停炉除渣、除焦，给操作和日常维护带来巨大困难。
气流床气化技术是煤气化技术的一个革新，加压气流床气化技术代表着煤气化的发展趋势，是现在最清洁的煤利用技术之一。气流床气化技术主要有水煤浆气化技术、荷兰谢尔（Shell）粉煤加压气化技术和德国索克（GSP）粉煤加压气化技术等。
水煤浆气化技术是在煤中加入添加剂、助熔剂（视煤的灰熔点）和水，磨成水煤浆，加压后喷入气化炉，与纯氧进行燃烧和部分氧化反应。气化温度1300～1400℃，气化炉无转动部件，对于生产合成气的气化炉，大多采用冷激流程。该技术由于是水煤浆进料，大量水份要进行气化，因而以单位体积的(CO+H2)计的煤耗和氧耗均比Shell气化高。但其粗水煤气中甲烷及其它惰性气体含量很少，对还原气生产来说，不需脱甲烷和氮。
我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，还开发出了具有中国知识产权的水煤浆气化技术，如西北化工研究院的多元料浆气化技术、华东理工大学的四喷嘴气化技术和清华大学、达立科的熔渣－非熔渣气化技术。
多种水煤浆气化技术目前国内已有数套大中型工业化装置，均运行平稳。
Shell气化技术是荷兰谢尔公司开发的一种先进的气化技术，该技术采用纯氧、蒸汽气化，干粉进料，气化温度达1400～1700℃，碳转化率99%，有效气体（CO+H2）90%以上，液态排渣，采用特殊的水冷壁气化炉，使用寿命长。采用废锅流程，可副产高压蒸汽。采用干粉气化，氧耗量较德士古低（~15%）。但气化炉（带废锅）结构复杂、设备庞大、设备费及专利费均较高。主要设备需在国外制造，建设周期较长。该技术目前国外只有一套大型装置运行，用于联合循环发电，国内引进了几套装置，但由于工业化的经验不多，均存在问题。同时该技术须全面依赖进口，国内技术支撑率低。
GSP粉煤气化技术，是德国未来能源公司开发的工艺技术，既有德士古气化炉的工艺特点，又有Shell气化工艺的特点。上世纪70年代开始研究，1979年建成了3MW和5MW的气化炉。其特点是：干粉进料，粗合成气有效气体成份高，气化效率高。这与谢尔工艺相似。气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受高达2000℃的气化温度，对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高熔点的煤。采用激冷流程，设备结构简单。相比Texaco和Shell有诸多优点。但目前国内尚无工业化的装置。没有成功的操作管理和运行经验。
我国科研和工程技术人员也在进行类似GSP粉煤加压气化技术的工程化工作。但目前尚无工程化实例。
大型气化技术比较见表4-1。
表4-1 大型气化技术比较表
序号
项 目
水煤浆炉
Shell
GSP
1
气化炉形式
加压气流床
加压气流床
加压气流床
2
气化剂
氧气
氧气
氧气
3
气化压力/Mpa
4.0-6.5[1]
3.0-4.0
≤4.0
4
气化温度/℃
1300-1400
1400-1600
≤2000
5
能量回收形式
水激冷或废锅
废锅
激冷、水冷壁
6
炉体保护装置
耐火材料
水冷壁锅炉
水冷壁锅炉
7
适用原料
烟煤
褐煤+烟煤
褐煤+烟煤
8
使用原料粒度
水煤浆<0.076mm
占70%
干粉煤<250目
碎煤干法加料90%<250目
9
有效组分CO+H2
~83%
~90%
~90%
10
CH4 （V%）
<0.1
0
0
11
氧耗
Nm3/(1KNm3CO+H2)
~389
~330
~330
12
煤耗
kg/(1KNm3CO+H2)
~610
~565
~565
13
碳转化率
~98%
~99%
~~99%
14
对环境影响
洁净煤气化
洁净煤气化
洁净煤气化
15
工程投资
较多
大[2]
较多
16
技术难度
技术较复杂
技术复杂[3]
技术较复杂
17
送料系统
较复杂
复杂[4]
复杂[4]
18
国产化程度
全部国产化
主要部件目前全部依赖进口
主要部件依赖进口
19
运行情况
自93年引进及国产化的多套均正常运行
目前尚在试运行中
目前尚无工业化运行装置
注：[1] 有个别厂家使用2.8或8.5MPa气化压力；
[2] 按年产20万吨氨计，Shell（无备用炉）投资较Texaco（有备用炉）多15~20%；
[3] 包括设备制造、操作控制；
[4] 干粉煤制备及高压氮密相输送粉煤技术复杂；
综合以上比较，本项目采用国内的非熔渣-熔渣的水煤浆气化技术制炼铁用还原气。
气化炉的规格主要有φ3200和φ2800两种，一般情况下，同一种炉型，由于气化压力降低，每增加1台炉子，投资要增加30%。根据还原气用量及不同炉型的投资估算，同时考虑对净化投资和运行费用的影响，确定本项目采用φ2800、4.0Mpa气化炉4台，三开一备。
4.1.1.2 变换及脱硫脱碳
由于还原铁装置要求还原气成份H2 /CO=1.5~1.8，因此气化来的粗煤气要进行变换。
CO变换有耐硫变换和非耐硫变换之分，非耐硫变换气体要先脱硫，由于脱硫工艺要求在常温下进行，故流程会出现“冷热病”，进入变换需补加蒸汽，增加消耗。而采用耐硫变换时，由于水煤浆气化粗合成气经洗涤后含尘量1～2mg/m3（标），并被水蒸汽饱和，水气比约1.46，直接进入变换，不需再补加蒸汽；流程短，能耗低，故水煤浆气化配耐硫变换是最佳选择。同时在变换炉的上段设有预变换，用于除去气体中杂质及防止变换催化剂中毒。变换产生大量的工艺余热用于产生蒸汽及预热锅炉给水。
水煤浆气化工艺生产的粗煤气除含CO、H2、CO2外，还有少量H2S、COS、CH4、N2、Ar及微量的氯，氨等成分。
从国内外煤气化装置中所采用的脱除酸性气体的工艺来看，低温甲醇洗和NHD较常见。
低温甲醇洗工艺是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸收方法，主要有德国林德公司的低温甲醇洗工艺脱硫脱碳工艺和鲁奇公司的低温甲醇洗脱硫脱碳工艺。该技术成熟可靠，能耗较低，气体净化度高，可将CO2脱至10ppm以下，H2S小于0.1ppm。而且溶剂吸收能力大，循环量小，能耗省，溶剂价格便宜，操作费用低。该法缺点是在低温下操作，设备低温材料要求较高，整个工艺投资较高。
大连理工大学从1983年开始进行低温甲醇洗的工艺过程研究,在中石化和浙江大学的协助下1999年该项研究通过了中石化的鉴定，2000年获得了中石化科技进步三等奖，并且获得了国内两项专利申请。经改进后该技术采用六塔流程，与林德工艺相似，设备投资比林德工艺低~10%。
NHD同低温甲醇洗一样，同属物理吸收，其对CO2、H2S等均有较强的吸收能力，但对COS的吸收能力较弱。NHD净化可将CO2脱至0.1%以下，H2S小于1PPm。NHD溶剂吸收能力比甲醇低，因而溶剂循环量大，且溶剂价格较高，因而操作费用较高。该法的优点在于设备无腐蚀，可采用碳钢设备，整个装置投资较少。
两种工艺的比较见表4－2。
表4－2 NHD和低温甲醇洗工艺技术比较表
序号
项 目
低温甲醇洗
NHD
1
吸收环境
-50 ℃
-5℃~0℃
2
溶剂循环量
小
大
3
净化度
CO2<20×10-6
H2S<0.1×10-6
CO2<0.2%
H2S<5×10-6
4
制冷消耗
高
低
5
溶剂热稳定性
好
好
6
价格与来源
市场供应多，价格低
市场供应多，价格较高
7
其他说明
粘度小、吸收易达到平衡
粘度大、传质差
8
工艺技术的成熟性
成熟
成熟
9
影响投资因素
设备多、部分材料、机泵需引进
软、硬件费低
10
操作与投资
操作费用少、投资高
操作费用高（10%）,投资低（40%）

对炼钢用还原气来说，由于对CO2和H2S的净化要求较合成气低，溶剂循环量会有所减少。综合以上，本项目采用NHD净化工艺。
4.1.1.3 硫回收
克劳斯（Claus）法硫回收技术是目前煤制气、炼厂气、天然气加工副产酸性气体及其它含H2S气体回收硫的主要方法。
典型的克劳斯装置通常由一个燃烧段和随后的二个或三个催化转化段组成, 燃烧段由带有燃烧室的燃烧炉和废热锅炉组成, 在燃烧段, 克劳斯原料气中1/3的硫化氢按照下面的化学反应式燃烧生成二氧化硫, 根据克劳斯平衡反应, 二氧化硫与剩余的硫化氢反应生成单质硫:
H2S+3/2O2 SO2+H2O (a)
2H2S + SO2 3S + 2H2O (b)
在燃烧室典型的1200℃温度条件下, 硫的转化率为60~70%, 由于原料气中含有CO2、NH3和烃类等杂质, 因此在燃烧段可产生许多副反应, 反应后的气体离开燃烧室, 进入废热锅炉冷却至160℃左右, 回收热量产生蒸汽, 以冷凝分离液硫, 工艺气再经加热后, 将在有克劳斯催化剂的反应器里利用催化剂使克劳斯平衡反应向生成硫的方向进行, 以进一步提高硫的转化率。克劳斯反应段由工艺气加热器、催化反应器和硫磺冷凝器组成。硫磺在克劳斯反应器后冷凝分离, 未反应的气体进入下一个催化反应段继续反应和生成硫, 其反应过程如下:
2H2S + SO2 3S + 2H2O (c)
对于硫化氢含量高的富酸性气, 设有二个反应段的克劳斯装置理论上的回收率为96%, 设有三个反应段的克劳斯反应段的克劳斯装置理论的上的硫回收率为98%, 但在实际上, 由于受到各种条件的限制, 硫的回收率只能达到94~97%。而硫化氢含量低于25%V左右的酸性气，硫回率将更低。
对于硫化氢含量低的富酸性气,可采用络合铁法。其溶液的活性及稳定性好，正常情况下无Fe(OH)3沉淀，没有堵塔危险。溶液极易再生，生成硫的颗粒大，易于分离。另外，脱硫溶液无毒，对环境污染少；溶液配置简单，原料价廉易得；溶液中付反应生成物增长速度慢。
由于络合铁法流程简单、设备少、占地少、投资省，该法也是较普遍采用的氧化脱硫方法，国外应用较普遍，我国兰州化肥厂、腾县化肥厂等用此法脱硫，并进行硫回收。
综合以上，本项目采用络合铁法脱硫。
4.1.2 直接还原铁方案
直接还原工艺用于将球团矿或块矿形式的铁氧化物转换成适于炼钢的高度还原产品。为实现这种转换，还原工艺利用连续流动的还原气体用化学方法从铁氧化物中提取氧。还原过程在低于给料熔融温度的条件下进行。将还原气（氢、一氧化碳和其它成分的混合物）以可控的成分和温度引入到还原反应器内。还原气沿反应器向上流动，将下降的铁氧化物加热到还原温度。氢气及一氧化碳从铁氧化物中提取出氧，得到高纯度还原产品。
直接还原温度控制在850-950℃。
还原区发生的基本反应如下：
3 Fe2O3 + CO

2 Fe3O4 + CO2
3 Fe2O3 + H2

2 Fe3O4 + H2O

Fe3O4 + CO

3 FeO + CO2
Fe3O4 + H2

3 FeO + H2O

FeO + CO

Fe + CO2
FeO + H2

Fe + H2O

3Fe + 2CO

Fe3C + CO2
3Fe + CO + H2

Fe3C + H2O
3Fe + CH4

Fe3C + 2H2
在气基直接还原工艺中，竖炉法的MIDREX和HYL占有绝对优势，具有工艺技术成熟可靠、投资少、生产率高（容积利用系数可达8～12t/m3·d-1）、单炉产量大（最高达180万t/年）等优点。目前，MIDREX和HYL竖炉生产技术经过不断完善，已实现规模化生产。
Midrex法
Midrex法为美国米德莱克斯(Midrex)公司所发明，是目前普遍使用的生产方法。据统计，其生产量2001年为2684万t，占直接还原法产量的66％以上。气基Midrex法是具有代表性的气基竖炉法，它由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气重整炉组成。
Midrex法的一次能源是天然气，通过天然气蒸汽转化反应将其转化成CO和H2。炉料从炉顶通过布料器(或多个加料管)合理地布入炉中，在还原区与CO和H2进行还原反应，最后产品由炉底排出。直接还原后的废气中仍含有大量的CO和H2(约70％)，通过洗涤器重新返回到重整炉，重整后进入竖炉循环使用。
Midrex竖炉法是1968年由美国提出，1969年第一次建厂，而后迅速发展起来。Midrex竖炉法特点是设备紧凑，充分利用余热，生产率高，但对矿石和还原气的含硫量要求严格。
HYL法
希尔法(HYL法)为墨西哥镀锡板和薄板公司的发明，HYL是这家公司英文缩写。20世纪70年代墨西哥在固定床HYLI法基础上发展为HYLⅢ式竖炉，应用相当广泛，约占世界直接还原铁产量的17％。
HYL法工艺炉料（铁矿石球团）自反应器顶部加入，还原气由中部还原区进入。从上至下，还原分四个阶段进行：第一为加热和初还原阶段；第二为主还原阶段；第三为冷却和渗碳阶段；第四为卸料阶段。其特点是对CO和H2比例要求不严格。
从发展的角度来看，Midrex技术工艺的市场占有率在相当长的一段时间内仍将占据统治地位。综合考虑设备费、专利费、运行费、工艺成熟性和技术易得性，该项目拟采改进的Midrex法。
4.1.3 铁浴炉铁水方案
4.1.3.1铁浴炉工艺方案
铁浴炉生产工艺是一个正压操作的直立的缩口的熔炼容器，由耐火材料炉衬砌筑而成的炉膛和水冷炉顶结构构成。耐火材料炉膛包括铁水熔池，熔渣浮于铁水之上。入炉原料(煤，焦粉，矿粉，熔剂)用氮气从安装在侧面的盆腔同时吹入熔池。原料主要是从炉身上部加入的直接还原铁，含铁污泥干燥后从炉身侧部的枪喷入炉内。熔剂主要是粉状氧化钙、氧化镁等。氧化钙调节碱度和脱硫效果，氧化镁调节渣的流动性。煤和焦为发热剂和还原剂。铁熔池上面，分散着随煤加入的碳素发生氧化反应，与含铁原料发生氧化反应，生成一氧化碳，煤炭里面的挥发份分解产生氢气。随着一氧化碳、氢气、氮气载体从熔池快速逸出，金属和炉渣射流从顶部喷入，从热风炉送过来的1200℃的热空气通过水冷喷枪从顶部鼓入，一氧化碳和氢气在热空气中快速燃烧，高温金属和熔渣落回到熔池。
金属和熔渣射流覆盖在水冷壁表面，减少能量损失，保护水冷壁，有点类似于转炉的溅渣护炉。过程产生的煤气从炉顶先经过热旋风粗除尘，粗除尘颗粒返回铁浴炉作原料，半净热煤气由一座水冷洗涤装置冷却和净化，一部份用于热风炉烧炉用，一部份用于竖炉还原气加热炉作燃料，一部份供球团、锅炉使用，富余的煤气降温进煤气管网。渣铁产品连续地通过直立缩口的熔炼容器的避渣器，进入渣腔分离。
焦碳在冶炼的过程主要是还原剂和发热剂，因而对强度要求不高，三级冶金焦可满足工艺的要求，同时因焦比低大大降低了冶炼成本。但对焦碳和煤的入硫总量要控制，否则下道工序难以控制质量，本方案焦碳为外购或唐钢供应。铁浴炉可冶炼高磷矿。如果下道工序要精炼，则必须脱硫脱磷。
生产过程产生的炉渣可以作为原料供水泥或建筑材料。
铁浴炉的原料为直接还原铁，也可以是扎钢皮或含铁污泥。大大地扩展原料的来源，能利用大多数的钢铁产品废弃物，促成钢铁生产的零污染。
短流程和快速恢复的铁浴炉流程，可以迅速简单地改变原料类型或产品。其操作的弹性，可以根据市场变化，迅速调整原料成本。
铁浴炉