镍弃渣多联产项目可行性论证报告书

一、项目名称利用金川镍弃渣多联产生铁、铸石、耐酸砖、微晶玻璃、矿棉和甲醇二、项目概述本项目以金昌铁业集团公司现有年产30万吨生铁的炼铁设备为基础，对其进行改造，使其适合以金川公司镍弃渣为主要原料多联产生铁、铸石、耐酸砖、微晶玻璃、矿棉和甲醇的需要；把现有的炼铁设备改造成适合上述产品生产的多联产反应器，并补充建设上述产品后续加工的专用设施，使之形成上述多种产品循环互补的清洁和节能的生产体系。

本项目完成后，不但每年可以使金川公司的100万吨镍弃渣得到高附加值综合利用，还能使上述多联产生产体系主体流程实现废气、废渣、废水接近零排放，把该项目建成目前世界领先水平的清洁生产示范项目。

由于本项目实现能源的梯级综合利用，本项目建成后单位GDP 能耗将比金昌铁业（集团）公司现有的生产能耗下降70%以上，因此本项目将建成目前世界领先水平的节能项目。

本项目建成后将实现年产26万吨生铁、14万吨铸石、35万吨耐酸砖（广场砖）、40万吨微晶玻璃、16万吨矿棉、30万吨甲醇，实现年产值38.4亿元，年利税14.3亿元，净利润7.8亿元，投资回收期3.5年（含建设期）。

本项目总投资15.5亿元，其中0.9亿元用于炼铁系统改造，2.3亿元用于铸石生产线建设，2.2亿元用于耐酸砖（广场砖）生产线建设，3.6亿元用于微晶玻璃生产线建设，2.1亿元用于矿棉生产线建设，4.4亿元用于甲醇生产线建设。

本项目物料平衡关系如图1所示。

图1项目物料平衡关系示意图三、技术方案本项目以100%金川公司镍弃渣为含铁原料，采用源头设计的循环经济理念，采用纯氧喷煤、熔渣热装均化和多联产等新技术，实现最大限度的能量梯级利用和废弃物循环利用。

本项目建成后将使单位GDP能耗和CO2排放量比金昌铁业集团公司的现有水平下降70%以上，其它污染物基本上实现零排放。

本项目的工艺路线流程如图2所示。

图2本项目技术路线示意图本项目的工艺技术路线具有如下特点：1.采用大喷煤量和全氧燃烧技术金昌铁业（集团）有限公司现有炼铁工艺中不但采用全熟料配料还采用高焦比才能保持炉缸温度和高炉顺行，并具有30%以上的煤气放散，属于高能耗、高污染的生产工艺。

虽然焦比已达0.7/吨铁，但仍显示出炉缸热量不足，渣铁分离困难等现象。

而所产生的高炉煤气CO含量不到25%，其余为不可燃的N2和CO2，这种高炉煤气即不能产生高热值供热风炉使用，又不适合作为化工原料。

另外由于含有20～25%的强毒性气体CO，这种高炉煤气也不适合民用。

因此，目前的高炉生产工艺存在着炉缸热量不足，热风炉热量供应不足和煤气大量放散等连环问题。

由于炉缸热量不足，如果再大量使用金川公司的镍弃渣作为含铁炉料势必会加大高炉顺行的困难。

此外，由于金川公司的镍弃渣含铁量远远低于铁精矿，因此，如果以镍弃渣为主要原料生产生铁将使渣量急剧增大。

根据计算，如果采用现在金昌铁业集团公司生铁生产过程中渣的碱度系数不变，使用100%金川镍弃渣每生产一吨生铁将产生3.5～4吨高炉渣。

而这种高碱度高炉渣对于后续产品的多联产具有很多不利影响。

过大的渣量也会给后续产品的多联产的合理匹配造成困难。

要适当降低碱度又要保证高炉顺行和生铁质量就必须充分满足炉缸的热量需求。

而全氧燃烧和大喷煤量技术不但能够克服炉缸热量不足的弊端，还能够避免大量N2气带入炉内参与循环，带走大量的热量造成能源浪费，并能够使高炉煤气富含CO和H2成份，给后续多联产工序中提供优质廉价的甲醇原料气。

预计可使甲醇生产能耗比现有传统工艺下降50%以上，成本下降30%以上，大幅度提高本项目的市场竞争力。

全氧燃烧和大喷煤量技术还能为国家节省大量优质焦碳资源，使本项目运行成本下降。

根据测算，采用现代先进技术建设的制氧站，每立方米氧气的生产成本为0.58元。

按相同含氧量计算，每5m3空气含有1m3氧气。

而将5m3的空气加热到900℃的成本可达0.6～0.7元。

采用纯氧和大喷煤量技术可使燃料（还原剂）成本比传统工艺下降20%以上。

2.采用变压吸附技术为甲醇生产提供廉价的高纯原料气变压吸附（SPA）气体分离过程是利用吸附剂的两个基本性质来实现的：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压不同而有显著变化。

利用吸附剂的性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其他组分得以提纯。

通过吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。

根据吸附剂的第二性质可知，在压力一定时，随着温度的升高，吸附容量逐渐减小。

在温度一定时，随着分压的升高，吸附容量逐渐增大。

变压吸附过程正是利用吸附剂的特征来实现吸附与解吸的。

吸附剂在常温高压下，大量吸附原料气中的某些杂质组分，然后降低杂质的分压，使杂质得以解吸。

变压吸附的装置根据其操作方式，其大致分类情况如图3所示。

图3 变压吸附的装置分类平衡分离型是按照气体在吸附剂上的平衡吸附性能进行选择性吸附的原理进行气体混合物的分离，利用吸附剂对不同吸附质的选择吸附特性和吸附能力随着压力变化而呈现差异的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂再生。

一般来讲，气体沸点越高，吸附能力越强。

例如：利用变压吸附分离变换气中的氢气，就是利用活性炭、分子筛等吸附剂对氢气的不吸附性，对其他杂质吸附的选择性吸附来实现的。

速度分离型是根据吸附剂对各组分的吸附速度的差别来实现气体分离的。

它利用吸附剂微孔扩散分子直径大小的不同，导致混合物中不同气体组分扩散速度不同而实现的。

例如：利用碳分子筛提取空气中的氮气。

当压缩空气通过碳分子筛时，由于空气中的氧通过吸附微孔细小缝隙的扩散速度要比氮气快的多，因此，氧被吸附，氮气得到分离。

广泛用于工业化的是平衡分离类型中的等压型。

变压吸附操作中，吸附一段时间后，吸附剂的吸附能力逐渐降低，必须考虑吸附剂上吸附质的脱附，即再生。

吸附剂的再生程度决定了产品的质量，也影响吸附剂的使用寿命和活性。

同时，吸附剂的再生时间决定了吸附周期的长短，从而决定了吸附剂用量的多少。

吸附剂的再生一般就是利用降低吸附质的分压，使吸附剂再生。

通常的再生方法有：降压、真空解吸、冲洗、置换。

在变压吸附应用时，需考虑被分离气体的各组分性质、产品要求、吸附剂特性以及操作条件等因素，选择再生方式，或几种再生方式联合使用，以达到设计要求。

例如：在水煤气中提取CO过程中，CO吸附在5A分子筛上，再生时，先利用降压和抽真空，最大可能地降低CO的分压后，还要用纯产品气把吸附剂和死空间中的氮气、甲烷等杂质置换掉，提取纯CO。

吸附剂在气体吸附分离操作中起着决定性的作用。

吸附剂应该具有大的吸附容量，吸附容量小所需吸附剂数量大，但是还要考虑吸附剂的解析再生问题。

当混合物中杂质较多时，通常选用多种吸附剂，分层装填在同一个吸附塔内。

吸附剂还应有良好的选择性。

吸附剂的选择性用分离系数α来评析。

分离系数为吸附剂分离不同组分各自在死空间中的含量比值。

分离系数偏离1的比值越大，表明组分越易分离，在变压吸附中应用的吸附剂的分离系数应在2.5以上。

吸附剂的种类繁多，有硼硅胶类、氧化铝类、活性炭类等。

选择吸附剂的原则是：吸附剂对不同组分的分离系数应尽可能大，即选择吸附性强，另外还须具有良好的解吸性能和足够的强度。

PU-1分子筛负载高度分散CuCl2吸附剂，其综合性能良好。

PU-1吸附剂对各种气体吸附等温线如图4。

从图4可以看出，CO与其它气体的分离系数很大，可以很容易以低成本分离。

而H2与CO2、N2和CH4需经过2～3段的分离才能形成合格的甲醇原料气。

而本项目技术所采用的大喷煤量全氧燃烧技术可以控制高炉煤气中基本不含N2、CH4、CO2也可以通过控制燃烧过程使其含量大幅度下降，因此，本项目技术将能够把原料气的制备成本降到最低。

吸附压（mmHg）图4 PU-1吸附剂对几种气体的吸附曲线PSA技术在我国的工业应用也有十几年历史，我国第一套PSA 工业装置是西南化工研究设计院开发的，该院的PSA技术获得过两次国家科技进步一等奖。

PSA提氢技术是PSA发展最早、推广最多的一种工艺，现最大处理能力10万m3/h,纯度98.5～99.999%，回收率80～95%，原料氢最小含量15～20%。

PSA提CO一般采用二段法工艺，第一步脱除吸附能力较强的组分，第二步再从剩余混合气体中分离提纯CO。

工业规模CO最大产量为1万m3/h，纯度96.0～99.9%。

PSA提CO一步法新技术采用化学吸附剂，使混合气在PSA装置内一步实现CO和CO2的分离，工艺流程简单，但难度大。

北京大学化学与分子工程学院谢有畅教授发明了单层分散型CuCl2/分子筛高效CO吸附剂（PU-1吸附剂）使一步法工艺于最近实现了工业化。

PU-1吸附剂经美国空气产品公司中试装置测试，被证明具有优越的CO分离性能，已获得中国、美国和加拿大等国的专利。

以PU-1吸附剂及其工艺技术为核心，由北大先锋科技有限公司开发的PSA 技术，在江苏丹化集团醋酐公司建成以半水煤气为原料的CO产量为1700m3/h大型工业装置，收率﹥85%，CO纯度﹥98.5%，性能指标居国际先进水平，北大先锋公司目前可以提供CO产品规模为1万Nm3/h的工业装置。

杭州林达公司于2000年开发了拥有完全自主知识产权的JW低压均温甲醇合成塔技术，打破长期以来被ICI、Lurgi等国外少数公司所垄断的局面，2004年获国家技术发明二等奖。

内蒙天野化工和陕西渭河煤化工的200kt/a甲醇项目，均采用林达公司JW低压均温型甲醇合成塔专利技术，分别于2005年12月7日和2006年5月14日一次投运成功，从开车投运及考核情况充分显示出林达均温型甲醇塔具有触煤层温差小、有效气转化率高，催化剂活性发挥好，操作控制容易、生产弹性较大，触煤装填系数大等优点。

林达公司JW塔和激冷式、管壳式甲醇塔指标比较见表5。

从表5可见，各项指标均优于或等同国外技术，尤其是我国JW设备显著小巧，投资费用明显低于国外，床层温差也明显小于国外技术。

表5 林达公司JW塔和激冷式、管壳式甲醇塔指标比较目前该公司凭借自主开发的百万吨级甲醇技术，已在国内与国外公司展开竞争。

形成我国自己的甲醇合成的成套技术与装备，可代替引进技术并使我国成套技术出口，具有较强的国际竞争能力。

综上所述，配合提铁炼渣过程中的大喷煤全氧燃烧技术，采用变压吸附技术可以低成本制取甲醇原料气。

采用该原料气以我国自主开发的低压均温甲醇合成塔技术，技术成熟、效率高，产品将具有极好的市场竞争力。

3.采用炼铁熔渣热装和镍熔渣热装及电热均化技术获得适宜各种产品酸碱度需求的均匀熔体。

虽然通过全氧燃烧和大喷煤量技术促进炉缸活跃并可以适当降低炉渣的碱度系数，但与生产铸石、耐酸砖、广场砖、微晶玻璃及矿棉等产品所要求的较低碱度还有一定的差距。