Метод MIDREX включает в себя два основных компонента: шахтную печь, в которой сырая железная руда (окатыши или куски) измельчается до восстановленного железа, и реформер (печь риформинга), в котором образуются восстановительные газы, необходимые для восстановления в шахтной печи. Процесс характеризуется риформингом природного газа до водорода (H2) и монооксида углерода (CO) в риформере с использованием CO2 в кровельном газе для образования восстановительных газов (около 55% H2 и 36% CO). Благодаря использованию богатого водородом восстановительного газа и эффективному использованию CO2 из верхнего отвода выбросы CO2 на 20-40% ниже, чем при доменном способе с использованием кокса. Кроме того, можно добавлять некоторое количество водорода в природный газ и заменять 100% природного газа водородом даже без существенных модификаций оборудования, что значительно снижает выбросы CO2.
Использование и формы восстановленного железа
Восстановленное железо (DRI), производимое в шахтных печах MIDREX, включает в себя восстановленное железо нормальной температуры (CDRI), горячее восстановленное железо (HDRI) и горячее брикетированное железо (HBI), которые могут быть изготовлены в различных комбинациях в зависимости от области применения. CDRI, который после восстановления в основном охлаждается до комнатной температуры, имеет в основном пустые поры из-за удаления кислорода и обладает свойством при длительном хранении снова окисляться при контакте с воздухом и т.д. Таким образом, именно HBI сжимает высокотемпературный восстановленный чугун сразу после его выхода из шахтной печи в комки между двумя валками, что приводит к уменьшению коэффициента пустотности. В результате HBI обладает хорошей устойчивостью к повторному окислению, что решает проблему длительного хранения и морских перевозок, а также предотвращает снижение эффективности использования из-за образования пыли в процессе переработки. Поскольку HBI является предпочтительной формой внешних продаж, формируется цепочка поставок . HBI, произведенное в местах с низкими производственными затратами и удобной транспортировкой, доступно на рынке. С другой стороны, при использовании DRI в электропечи, расположенной рядом с установкой прямого восстановления, DRI, восстановленный до температуры 600°C и более, используется непосредственно в электропечи при высокой температуре, что позволяет снизить большое количество энергии плавления и способствует повышению производительности электропечи и снижению выбросов CO2.
- Крупногабаритно
Первоначально процесс MIDREX был запущен в промышленное производство на установке мощностью 150 тыс. т/год (диаметр 3,66 м), и с тех пор ведется работа по увеличению масштабов производства. Максимальная годовая производительность 2,5 млн. т (диаметр 7,65 м) уже введена в эксплуатацию.
- Производство восстановленного железа и доля каждого процесса
В последние годы производство восстановленного железа резко возросло, превысив в 2018 году 100 млн т, в 2020 году оно будет ниже, чем в 2019-м, из-за последствий эпидемии, но все же достигнет 104,4 млн т, что станет третьим годом подряд, когда производство превысит 100 млн т. Как уже отмечалось ранее, в связи с потребностью в сокращении выбросов CO2 в будущем прогнозируется дальнейшее быстрое увеличение производства восстановленного железа. Существует несколько процессов прямого восстановления, из которых на долю метода MIDREX приходится около 60% мирового производства восстановленного железа и около 80% производства восстановленного железа на основе природного газа, причем более 90 поставок осуществляется по всему миру. Одной из причин дальнейшего распространения метода MIDREX является простота процесса и стабильность работы. Управление процессом легко осуществляется за счет восстановления железной руды и газового риформинга в разных реакторах, а эксплуатация проста благодаря низким рабочим давлениям, и многие установки работают стабильно, достигая наработки более 8000 ч в год.
Путь к углеродной нейтральности с помощью процесса MIDREX
- Вклад в снижение выбросов CO2 в настоящее время
Производство восстановленного чугуна по процессу MIDREX в 2020 году составит 62,63 млн. т. Такой объем производства чугуна и стальной продукции способствует значительному снижению выбросов CO2 – примерно на 29,32 млн. т по сравнению с выбросами CO2, производимыми доменным конвертерным методом.
- Пути достижения углеродной нейтральности
В мировой углеродно-нейтральной деятельности расширяется тенденция перехода на ЭАФ с меньшими выбросами СО2, использующие в качестве основного сырья стальной лом. Однако в связи с ограниченным количеством образующегося лома спрос на восстановленное железо как альтернативное или дополнительное к лому сырье для ЭАФ будет значительно расти. Кроме того, была продемонстрирована технология, позволяющая снизить выбросы CO2 в доменных печах на 20% за счет загрузки в доменную печь восстановленного железа (HBI). В качестве метода, позволяющего достичь немедленного снижения выбросов CO2 при использовании существующей доменной печи, мы рассчитываем на расширение использования восстановленного железа в доменной печи. При использовании метода прямого восстановления в электропечи используется высокосортная железная руда с низким содержанием халькопирита, например SiO2 и Al2O3. Это связано с тем, что халькопирит, содержащийся в железной руде, при плавке в электропечи образует шлак, а при окислительном рафинировании в электропечи желательно иметь низкое количество шлака, т.е. низкое количество халькопирита, чтобы предотвратить потерю железа в шлак при окислении. Однако запасы высокосортной железной руды ограничены, и использование низкосортной железной руды, которая в настоящее время используется в доменном методе и имеется в изобилии, в методе прямого восстановления в электропечи является серьезной проблемой. Для решения этой проблемы разрабатывается решение по внедрению электроплавки восстановленного железа для получения чугуна из восстановленного железа. Это предполагает использование низкосортной железной руды путем плавки восстановленного железа с высоким содержанием халькопирита в электроплавильном агрегате восстановленного железа перед загрузкой его в электропечь, удаления содержания халькопирита и подавления потерь железа в шлак в восстановительной атмосфере.
На установках MIDREX, использующих природный газ, при возможности использования электроэнергии с низким уровнем выбросов CO2 осуществляется производство водорода, и природный газ частично замещается водородом, в конечном итоге достигая 100%-ного замещения водородом. Кроме того, если условия таковы, что СО2 можно хранить, то СО2 можно также отделить и рекуперировать, установив на заводе MIDREX оборудование для удаления СО2. Таким образом, процесс MIDREX позволит не только решить краткосрочные и среднесрочные проблемы, но и наметить реальный путь к безуглеродному производству железа в долгосрочной перспективе. Мы будем способствовать развитию и расширению процесса MIDREX перед лицом такой важной проблемы, как углеродная нейтральность в процессах про
