基本介紹
- 中文名：希爾法
- 外文名：HYL process
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：能源
- 研究者：墨西哥希爾薩公司
簡介,簡史,原理,工藝過程,展望,
簡介
希爾法(HYL process)是指以天然氣、水蒸氣催化裂解氣為還原劑，以塊礦或球團礦為原料的固定床反應罐直接還原連續鑄鋼煉鐵法。是墨西哥希爾薩(Hojalata Y Lamina，HYLSA)公司於20世紀50年代初開發並研究成功的。
簡史
1957年第1座日產200t直接還原鐵(DRI)的希爾法生產裝置在墨西哥蒙特雷(Monterrey)建成投產，隨後在墨西哥和一些天然氣豐富、價格低廉的國家和地區建成了一批希爾法直接還原裝置。一直到1977年希爾法的直接還原鐵產量占世界直接還原鐵總產量的50%以上，是直接還原鐵工業生產中最重要的方法之一。70年代希爾薩公司在原有希爾法(HYL-Ⅰ)基礎上進行了技術改造，將間歇式生產的固定床反應罐改為連續性生產的移動床豎爐，並命名為希爾-Ⅱ(HYL-Ⅱ)法。1980年HYL-Ⅱ投入工業化生產。HYL-Ⅰ法在1991年產量最高達372萬t/a，隨後產量逐年下降，逐步被HYL-Ⅱ取代，1994年HYL-Ⅱ的產量(394萬t)超過HYL-Ⅰ的產量(304萬t)，在此以後成為排在米德萊克斯法之後產量列第2位的直接還原連續鑄鋼|煉鐵法，1997年HYL-Ⅰ和HYL-Ⅱ直接還原鐵產量和達956萬t/a，(其中HYL-Ⅰ258萬t，HYL-Ⅱ697萬t)占世界直接還原鐵總產量的26.42%。
原理
天然氣以水蒸氣為氧化劑催化裂解生成高H2還原氣，經冷卻脫水後還原氣用熱交換器預熱到約850℃，再用嚴格控制的部分燃燒法將還原氣加熱到要求的還原溫度(1100～1200℃)。熱還原氣自上而下通過固定料層，依次進行預熱、預還原和終還原，最後用新還原氣進行冷卻。控制冷卻氣的成分可有效控制產品的含碳量，最終產品金屬化率85%～90%，含C 0.8%～2.6%。改進了的HYL-Ⅱ法以豎爐為反應器，還原氣從豎爐還原帶下部通入，爐料自上而下連續運動與上升的熱還原氣進行逆向傳熱及傳質過程，完成還原過程的爐料在豎爐的下部冷卻後成為直接還原鐵或直接熱壓成塊後經冷卻成為產品熱壓鐵(HBI)，HYL-Ⅱ法與HYL-Ⅰ法的原理是相同的，只是用豎爐取代反應罐，省去了還原氣的反覆冷卻、加熱，提高了煤氣的利用率和熱效率，改善了經濟技術指標。
工藝過程
HYL-Ⅰ法工藝過程。HYL-Ⅰ法反應器為有耐火材料襯的鋼結構反應罐，罐的斷面為圓形，拱形頂，頂部安裝有一個用氣體密封的裝料門，底部有一氣體密封的出料門，每個反應罐配有一個管式燃燒熱交換器，用於將還原氣加熱到約850℃，還有一個有耐火襯的側燃燒室，通入嚴格控制數量的預熱空氣進行部分燃燒，將還原氣進一步加熱到還原所需的溫度(1100～1200℃)，還原氣從反應罐頂部進入，廢氣通過反應罐錐形底部和支撐爐料的錐形擋板間的導管從底部排出。反應罐裝有攪拌桿，不用時可退縮到底部出料門下面，當反應罐內爐料產生粘結或棚料時，可將其提升伸入反應罐內進行破碎和攪動。
每個反應罐均要經過卸、裝料，預還原，終還原和冷卻4個階段，每個階段約需3h。
第1階段即卸、裝料階段。將前一生產周期已還原完的產品從底部卸出，當爐料粘結或棚料時可利用攪拌桿鬆動後排出。排料後檢查反應罐內部，進行正常維修，然後關閉並密封反應罐底部出料門，通過頂部裝料門，用插入反應罐內的旋轉式布料槽裝入礦石或球團以保證爐料的均勻分布。
第2階段即預還原階段。關閉、密封頂部裝料門，用惰性氣體排淨罐內空氣後，從罐的拱頂部通入熱還原氣體進行預熱、預還原。此階段大約可完成40%的還原。此階段的還原氣為終還原階段用過的還原氣，從終還原罐引出的還原氣經冷卻去除H2O後，在管式換熱器中預熱到800～850℃，再引入嚴格控制的預熱空氣進行部分燃燒，將還原氣加熱到1050～1150℃後引入反應罐。用過的還原氣經冷卻脫水後用作加熱換熱器和產生蒸汽的燃料。
第3階段即終還原階段。經預還原階段後通過氣體連鎖閥引入強還原性氣體進行終還原。強還原性氣體來自冷卻階段，氣體從冷卻反應罐排出後經過冷卻脫H2O，管式換熱器加熱，部分氧化加熱到1000～1200℃後引入終還原反應罐。爐料在該階段基本完成還原過程，金屬化率可達80%～85%。
第4階段即冷卻階段。從天然氣重整爐出來的新還原氣經冷卻引入反應罐對已經終還原爐料進行冷卻。當新還原氣與熱直接還原鐵接觸時產生補充還原，同時在直接還原鐵表面形成碳化鐵(Fe3C)和滲碳。在正常冷卻過程中產品含C為2.2%～2.6%，控制冷卻氣的成分，按需要向冷卻氣中加入數量嚴格控制的CH4或回收氣，可控制產品含C量在0.8%～2.6%之間任何一個水平上。通入冷卻階段反應罐的典型氣體成分為：H275%，CO 14%，CO27%，CH44%。
展望
希爾法在直接還原鐵發展過程中曾起了重要作用，1991年總產量達372萬t，占當年世界總產量的19%，隨著希爾-Ⅱ法的發展和成熟HYL-Ⅰ的產量逐年下降，最終將被HYL-Ⅰ法所取代；希爾-Ⅱ法由於採用天然氣水蒸氣催化裂解製取還原氣，還原氣含H2高，還原能力比用天然氣護頂氣催化裂解製取的還原氣略強。生產指標與米德萊克斯(Midrex)法相近，自1993年後增長速度較快，成為氣基直接還原中僅次於米德萊克斯法的工藝方法。
