2025第二届攀西矿产资源大会：煤气化耦合富氢竖炉直接还原铁

阿尔及利亚AQS贝拉拉

250万吨/年MIDREX工厂。太钢超低排放煤气化耦合富氢竖炉直接还原北方有色网

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北方有色网山西省焦煤集团焦炭集团公司原政策研究室负责人苏亚杰2025年12月19日攀枝花第二届攀西矿产资源大会发言稿北方有色网

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北方有前

言1.煤化工废锅（余热）流程的工艺缺陷。2.气基直接还原铁工艺缺陷3.煤气化耦合富氢竖炉直接还原铁。4.碳中和与负碳排。5.跨行业协同发展。6.《产业结构调整指导目录(2024年本)》意见与建议。北方有色网

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北方有气基竖炉北方有色网

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北方有我们主要解决：气基竖炉的气源问题。北方有色网

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北方有全部煤化工流程中的煤气化工序，高温粗煤气需要冷却后净化获得纯净的原料气损失粗煤气显热≥17%

。这是煤化工流程自身无法解决的。因为化工产品需要纯净的还原气做原料气。北方有色网

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北方有色网图1：

壳牌Shell

干粉煤加压煤气化炉流程图有色网

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北方有色网1.煤化工废锅（余热）流程的工艺缺陷北方有色网

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北方有1.煤化工废锅（余热）流程的工艺缺陷激冷或

废热锅炉还原气加热北方有色网

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北方有色网图2：BL

法煤气化半工业性试验生产直接还原铁工艺流程图有色网

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北方有1.煤化工废锅（余热）流程的工艺缺陷余热锅炉图三煤制气-富氢竖炉

炉热加气煤资料来源：2022年湛江全国炼铁年会

《氢冶金短流程新工艺关键问题探究》储满生报告北方有色网

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北方有1.煤化工废锅（余热）流程的工艺缺陷北方有色网

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北方有θMIDREX加热重整炉是燃烧部分炉顶气，以间接式外燃烧加热重整炉，燃烧加热重整炉的尾气再预热天然气和洗涤后的炉顶气从放散塔（大烟囱）排放，是做不到零排的主要原因

。2.气基直接还原铁工艺缺陷MIDREX向“绿氢电加热”方向发展400℃炉顶气水洗冷却、除尘、脱CO2

。没有利用显热。MIDREX工艺流程工艺缺陷重整炉燃气外加热还原气排放烟气预热煤气北方有色网

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北方有10排放烟气EnergironZR工艺缺陷冷却、水洗炉顶煤气。加热炉燃气外加热还原气北方有色网

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北方有色网EnergironZR向

绿氢电加热方向发展。有色网

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北方有色网2.气基直接还原铁工艺缺陷北方有色网

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北方有11H2替代冷却气

DRI竖炉替代余（废）热锅炉能耗：344.4kg

ce,略低于天然气DRI能耗。3.煤气化耦合富氢直接还原铁竖炉替代废锅的“无烟流程

”北方有色网

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北方有生产铁水又产煤气，资源充足发展无限。直接还原铁竖炉替代废热锅炉H2替代冷却气熔融还原铁低压煤气化耦合富氢DRI流程图北方有色网

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3.煤气化耦合富氢直接还原铁北方有色网

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北方有13根据实际生产，两

段式干粉煤加压气化炉煤气化压力从3.0MPa降到0.6MPa时，产能下降，但一段炉粗煤气温度仍然可以达到1500℃

,

生产可以连续进行。据此设计粉煤气化炉工

艺参数：•

“用纯净水洗澡还是用自来水洗澡

”•

气化炉投煤量：556t/d÷24h≈23t/h；•煤气流量：165000Nm3/h×27.8%≈45870Nm3/h；•吨煤产气量：45870Nm3/h÷23t/h≈1994Nm3/t.煤；•操作压力：0.6MPa；•操作温度：1500℃;•氧耗：310Nm3O2/1000Nm3

×1649m3(H2+CO)/t.煤≈511m3

.O2/吨.煤；•我们用直接还原铁竖炉替换了废热锅炉(余热回收锅炉)增加了金属膜或陶瓷除尘器除尘、水洗煤气、电除尘、煤气加压、CO变换生产H2

、脱硫、气体分离工序。同时，将煤化工流程改为直接还原铁流程，可以降低能耗、成本、投资。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有省去了还原气重整炉或加热炉：此流程利用粗煤气显热冶炼直接还原铁，粗煤气中含1%CH4

可以在DRI竖炉内，在还原铁做催化剂的高温条件下热解，因此不需设置重整炉。用直接还原铁竖炉替代了余热锅炉，因此可以取消还原气重整炉或加热炉。利用自产水蒸气：CO变换H2

消耗的能源是水蒸气。可以从流程中回收水蒸气包括：干粉煤加压气化炉副产高压水蒸气；DRI炉顶煤气换热器回收的水蒸气；CO变换H2

换热器回收的水蒸气；DRI竖炉冷却段回收的水蒸气等，其中高压水蒸气可以用于驱动还原煤气压缩机，其他带压的水蒸气可以用于CO变换生产H2。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有废气产生量仅为高炉流程的千分之三。与高炉流程比直接还原铁竖炉替代了高炉：取消了炼焦、烧结，减少产生废气排放：炼铁产生高炉煤气量：1500-2000m3/t.Fe

。中间值：1750m3/t.Fe,一般采用1:2左右的煤气与空气的配比。燃烧高炉煤气产生的废气量：1750m3/t.Fe×2=3500m3/tFe。吨铁用焦产生的废气量：炼焦燃烧1m3焦炉煤气产生5.56m3废气，用炼焦200m3COG/t.焦，焦比0.3t/

Fe

。5.56m3

×200m3焦炉煤气/t.焦×0.3t焦/t.

Fe=333.6m3t.

Fe。吨铁用的烧结矿产生废气量：每吨烧结矿风量波动在2200-4000m3,平均3200m3

。生产1吨铁需要1.4吨铁矿石，需要烧结矿1.6吨，吨铁用的烧结矿产生废气：3200m3

×1.6=5120m3/t.

Fe。炼铁排放废气：燃烧高炉煤气3500m3/t.

Fe+焦炉烟道气333.6m3t.

Fe+烧结5120m3/t.

Fe≈8953.6m3/t.Fe。直接还原铁排放废气：80kgN2/t.ce

×0.305kgce≈

24.4m3

N2/t.

DRI。仅为高炉流程的：

24.4m3

N2/t.

DRI÷8953.6m3/t.

Fe≈0.003

。废气近零排放。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有能耗低的原因（1）利用了干粉煤加压煤气化炉粗煤气中的全部显热和（CO+H2）、其中利用全部显热节能3.4744tce/h

，提高能效16.98%。（2）DRI炉顶煤气换热器加热H2到350℃提高热能利用效率：4.83%。（3）氢气经DRI炉顶煤气换热器预加热到350℃兑入到1500℃粗煤气中，

由于增加了还原气流量而增加DRI产量(62353m3H2/h÷

1600m3/t.DRI≈39吨DRI/h)年增产30万吨，

占年总产量58.2%。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有利用绿氢副产的氧气。氢气来源1：400℃DRI炉顶煤气经除尘器除尘后再经换热器将煤气温度降到200℃

,

经水洗、加压、

电除尘进入CO变换H2工序，产出变换气，经变换气换热器回收水蒸气，降温后用PSA分离提取H2

、脱硫、分离回收CO2

，提纯的常温H2

调压到6kg进入DRI炉顶煤气换热器，将H2

预热到350℃

,

兑入到下段炉产出的1500℃的粗煤气中，将煤气温度兑到850℃~950℃

,

送入直接还原铁竖炉。

也可以采用其他化工方法如：低温甲醇洗、湿式氧化法脱硫技术、气体净化分离技术等。氢气来源2：风、光、水、核绿电电解水制绿氢。

副产O2用于干粉煤加压气化炉煤的热解气化。绿电→绿氢→（绿氢+CO2）做化工产品原料气，化工行业可以少用或不用

石油、天然气、煤炭等化石能源。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有入DRI竖炉煤气指标对比选用≤0.6%的低硫煤制气，再往粗煤气中兑入氢气，送入DRI竖炉煤气含硫量可以稀释到0.

1%

，约1000ppmv,达不到MIDREX入炉煤气含硫量100ppmv的要求。由于华能一段炉煤气硫含量中H2S含量占90%

，COS占10%

，鉴于煤气不重整，不会构成对设备的腐蚀，因此兑入氢气后的还原煤气可以用于生产DRI。入DRI竖炉煤气指标对比表指标天然气MIDREX天然气HYL-Ⅲ煤制气余热炼铁还原气流量m3/t160016001600还原气温度℃

850-900

≤1085850-900还原气氧化度%

<

8<3.14<

8还原气含硫量100ppmv0.3

%1000ppmv氢炭比H2

:CO1.5-3,92.22.5北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有项目高炉干粉煤气化DRI能源数量t单价元小计元数量单价元小计元二级焦0.3722560952———喷吹煤0.1391500208———电kwh———4150.6249动力煤———0.344t800.275合计1160524估算能源成本比高炉降低此流程可以降低DRI能耗和能源成本，球团矿成本不变。能源成本降低估算表（元/吨）北方有色网

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北方有色网能源现价（2023.10.9）货到天津厂，其中：动力煤5000kCal。每吨DRI能源成本估算524元，

比高炉1160元低636元,仅为高炉的45.2%。有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有估算比高炉碳减排量不利用二氧化碳减排估算表（t/t）项目高炉干粉煤气化DRI能源数量t系数小计t数量系数小计t二级焦0.3722.71.004---喷吹煤0.1392.50.348---电kwh---415300g

×2.50.311动力煤---0.344t2.50.860合计

1.352

1.171注：1.DRI能耗包括电炉熔分DRI，用于计算铁水能耗和产出CO2

的可比性。2、按炼铁可比能耗计算产CO2量，比高炉流程低181kgCO2/t铁水。行业碳排放比高炉低492kgCO2/t铁水。3、捕集的CO2全部利用可以实现零摊排。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁北方有色网

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北方有煤气化耦合富氢直接还原铁流程的特点①

、能耗低。

比天然气直接还原铁能耗约低：29kg

ce。②

、能源成本低。

比高炉炼铁能源成本低636元,仅为高炉的45.2%。③

、可以利用生物质实现零碳排，负碳排。煤气化炉煤粉、生物质、废塑料、废轮胎等有机化合物混喷，相当于利用生物质光合作用捕集利用空气中的CO2，可以快速降低空气中的CO2含量，实现负碳排。④

、可以处理固废。可以处理铜冶炼渣、镍冶炼渣、硫酸渣等含铁固废。北方有色网

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北方有色网3.煤气化耦合富氢直接还原铁。北方有色网

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北方有炼铁碳中和此流程变换工序是一个不可缺少工序，CO2在变换气中捕集回收，CO2可以用管道或压缩成液态，运至化工厂生产化工产品、可运至农村温室大棚作为气肥用于生产农作物、可运至油气田用于驱油气和地质封存、在利用封存后可以做到碳中和。炼铁负碳排煤气化炉主要以喷煤为主，可以混喷生物质、废塑料、废橡胶等替代一部分煤。

由于生物质碳元素来源于空气中CO2

与植物的光合作用，利用生物质作能源，可以做到CO2

来源于空气中，燃烧后又回到空气中，利用生物质做能源碳排放视为“零

”；所以利用生物质做能源并捕集回收利用过程中产生的CO2

，就相当于利用并固化了空气中的CO2

，减少了空气中的CO2就相当于负碳排。负碳排，是加快减少空气中CO2含量的最有效的方法。北方有色网

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北方有色网4.碳中和与负碳排。北方有色网

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北方有5.1.蓝氢炼铁，绿氢化工在知网查到“CO2加氢制甲醇”相关论文301篇北方有色网

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北方有色网5.跨行业协同发展北方有色网

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北方有5.2.绿氢皇冠上的明珠，蓝氢更具实用价值绿氢还原优势零碳排，不足之处只能利用高品位铁精矿。熔融还原煤气化耦合富氢直接还原铁优势：1

、利用电解水副产绿O2用于熔融还原铁煤气化。2

、利用生物质并捕集回收利用所产生的

CO2

，可以把空气中的

CO2含量降下来，实现负碳排。3

、利用难选的中低品位铁矿。4

、处理固废，如钢渣、铜冶炼渣、赤泥等。5

、跨行业协调发展。如：分出氢气用于：化工、氧化铝、建材、铜冶炼、

镁冶炼等产业协同发展。绿氢与蓝氢：有不同的应用场景。北方有色网

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北方有色网5.跨行业协同发展北方有色网

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北方有5.3直接还原铁与甲醇联产不同方案碳中和估算北方有色网

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北方有色网1

、以煤气化富氢直接还原铁为一个指标，计算CO2加绿氢产绿甲醇64万吨/a。2

、方案4与8比较：煤耗相同34.44ce万吨：方案4产出100万吨DRI加64万吨甲醇，消耗绿电61.2亿kwh

。方案8产出25万吨灰甲醇加