用于直接还原铁生产的 PERED 技术

直接还原铁生产的PERED技术

PERED 技术也称为“波斯还原”技术。它是“Mines and Metals Engineering GmbH”于 2007 年发明并获得专利的直接还原技术。PERED 直接还原工艺将球团或块状矿石形式的氧化铁转化为适合炼钢的高度还原产品。借助立式竖炉中的固态还原气体，氧化铁的还原发生在不熔化的情况下。该技术改进了直接还原生产直接还原铁（DRI）的工艺。

该工艺是一种基于气体的直接还原工艺，由在直接还原工艺的不同领域具有经验的专家团队开发，以确保在主工艺中关注不同工艺的所有流程，以获得最佳和高效的结果.最常用的还原气体是重整天然气，但也可以使用其他气体，例如 Corex 气和焦炉气等。 PERED 技术降低了资本成本、水消耗、维护成本和能源消耗。

在 PERED 中，由于改进了冷却方法并减少了污染气体的排放，还原过程在较低的温度下进行。凭借更少的热量、更均匀的还原气体、更可控的颗粒进料和离心式压缩机的使用，PERED 运行所需的水、电和气更少，同时运行和维护支出也更少。

PERED 直接还原工厂的输出可以是 (i) 冷直接还原铁 (CDRI)、热压块铁 (HBI)、CDRI/HBI、HBI/热直接还原铁 (HDRI) 和 CDRI/ HDRI。

PERED 技术是一种改进的节能技术，因此可以节约能源和资源。它优化了能源和原材料的使用，从而降低了生产成本，与其他基于气体的直接还原工艺相比，它还具有更加环保的优势。该技术还在操作过程中提供了更高的灵活性。它在使用各种原材料（如高硫矿石）和能源方面具有灵活性。该工艺可以使用高达 50% 的块状铁矿石。该过程在经证实的更高压力下工作。工艺过程中使用的干燥工艺气体导致相同系统的气体流量更高，从而提高产量或降低电力消耗。

2017 年 6 月，伊朗胡齐斯坦省沙德甘市首座基于 PERED 技术的直接还原厂设计产能为 80 万吨/年 (Mtpa)。 DRI 工厂启动时没有任何问题。该厂产品金属​​化93%以上，含碳量1.5%以上。第一天实现了每小时 75 吨 (tph) 的工厂产能，同时公用事业的消费数据也不错。工厂的设计产能也在短时间内达到。 2017 年 10 月，位于伊朗东阿塞拜疆省的 Mianeh Steel Complex 投产了第二座产能为 0.8 Mtpa 的 PERED DRI 工厂（图 1）。另外两座 0.8 Mtpa 的 PERED 工厂和一座 0.3 Mtpa 的工厂正在建设中。中国0.3 Mtpa工厂以焦炉煤气为基础。

图 1 伊朗东阿扎拜疆省 Mianeh 钢铁厂的 PERED DRI 工厂

PERED 工艺包括对现有基于气体的直接还原技术的多项改进。下面给出了 PERED 减少过程中最值得注意的特征。

• PERED 工艺是一种连续工艺，它利用不间断的还原气体流从氧化铁进料中去除氧气 (O2) 以及对产品 DRI 进行渗碳。
• 通过将垂直竖炉的炉顶煤气循环回工艺流程，最大限度地减少了燃料消耗。
• 气体重整系统专门设计用于利用立式竖炉中氧化铁还原过程中产生的二氧化碳 (CO2)。该系统专为天然气的催化转化而设计，不会形成烟灰。这消除了甲烷 (CH4) 部分氧化所需的外部 O2 源。
• 该工艺旨在通过预热主空气、天然气和原料气来实现最大的热量回收。

在PERED工艺中，对主要设备的创新和审查是从立式竖炉开始的。竖炉在同类竖炉中是独一无二的，其设计旨在改进固体和气体流动的模式，以改善炉内发生的反应。这导致更大体积的还原区导致更高的生产率。该炉具有双重还原气体喷射，改善了炉内气体的分布。改进炉内矿石配料进料和分配，以达到更好的效果。新发明的进料管的引入，改善了炉内矿料的分布。

竖炉内部有几个特殊功能。在也是还原区的顶部区域，特殊功能包括（i）通过特殊进料管进料和分配氧化物，（ii）优化高径比以提高炉子的利用率，以及（iii）优化还原反应； Fe（氧化物）+CO=Fe（金属）+CO2和Fe（氧化物）+H2=Fe（金属）+H2O

还原反应在炉的还原区得到优化，因为 (i) 炉还原区没有设备，(ii) 由于特殊的进料管改善了炉内的材料分布，减少了细粉的产生, (iii) 优化炉内有效还原体积, (iv) 设计还原区以消除可能因气体泄漏而造成的污染, (v) 专门设计炉子以降低资金和维护成本。熔炉还原区的特殊设计特点包括（i）从顶部碟形端的双炉顶气体排放设计，（ii）改进的炉料温度分布以确保均匀的产品质量，（iii）减少铁的夹带矿粉/球团以提高炉顶烟道耐火材料的使用寿命，(iv) 优化炉子尺寸以具有所需的还原区体积，以及 (v) 由于提高效率以降低废气温度，从而降低负荷在洗涤器上。还原区设计特点还提供 (i) 双还原气体注入，(ii) 矩形鼓风口设计，用于改进气体注入和更好的可维护性，(iii) 锥形耐火结构以应对 DRI 的膨胀，(iv) 具有灵活性由于注入氧气而产生不同的温度和气体成分，(v) 提高了尾气的利用率，(vi) 改善了炉内气体的分布，(vii) 整个炉床温度均匀，(vii) 消除了聚集的可能性在炉内，（vii）使用铁矿石块的灵活性，以及​​（viii）提高生产率和产品质量。

立式竖炉内也发生气体的原位重整。热乱流气体中含有一定比例的 CH4、CO2 和 H2O。这种气体与金属铁（金属铁作为催化剂）接触时，会在竖炉内产生额外的还原气体。原位重整反应如下。

CH4+H2O=CO+3H2  dH>0

CH4+CO2=2CO+2H2  dH>0

一方面，吸热原位重整反应需要较高的尾气温度，而另一方面，当温度较高时，球团/铁矿石块的降解、细粉的产生和团聚会发生。 PERED竖炉设计有双鼓风口，以优化炉床温度控制所需的鼓风气中CH4含量。

PERED工艺中使用的气体重整器的特点如下。

• 天然气在重整器烟气回收交换器中预热
• 回收系统从重整器烟囱的气体中获取热量
• 重整器是带有催化剂管的多舱重整器。它使用直径为 250 毫米的重整器管，旨在减少空间要求
• 催化剂“Performex”专为该工艺开发

立式竖炉的冷却区有360度旋转的给料机。进料器的最先进设计提供了更好和均匀的冷却区性能。炉料通过四个独立控制的旋转轴送入冷却区。由于是寒冷地区，因此没有水套。如果形成任何簇，则通过反向旋转和速度控制将其移除。冷却区的冷却气体从集管外喷入，热的冷却气体由成形的分流器均匀收集。此外，由于头中没有耐火材料，因此头中没有失败的机会。此外，冷却系统旨在消除洗涤器中的颗粒。气体被压缩后送入立式炉底产品出口区。

表 1 给出了 0.8 Mtpa PERED 装置的典型规格以及消耗数据

PERED 减少过程的有用功能

以下是PERED直接还原设备的有用功能。

• 经过验证的流程以及商业工厂的成功运营
• 工厂的特定资本成本低
• 能源消耗率低，从而降低能源成本
• 工厂运营成本低
• 水的特定消耗量低
• 环境污染程度低
• 提供多种产品选项，包括 CDRI、HDRI 和 HBI
• 在氧化铁的使用方面，工艺是灵活的。它可以使用高达 50% 的铁矿石块
• 在使用高硫矿石的过程中存在灵活性
• 对于容量高于 1 Mtpa 的工厂存在设计可用性






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