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探讨皮江法镁冶炼中碳减排技术
2020-06-03 10:10:45   来源:中国有色金属报    点击:

  中国是目前是全世界最大的镁生产国,占全世界总产量的80%~85%,总产量约为90万吨左右,这其中除了青海盐湖镁业10万吨/年电解规模外,其余均为白云石皮江法生产装置,其中青海盐湖镁业也尚处于试产期间,还远未达到设计能力。
 
  皮江法热还原原料均为白云石,国内还原剂也均采用75%的硅铁做还原剂。
  国内皮江法炼镁的白云石中Mgo基本在19.5%~21%之间,平均为20%左右,其中,白云石的灼减大约为0.47吨左右,白云石经煅烧后生成煅白和CO2烟气,每吨白云石煅烧后产生0.47吨的CO2,目前国内生产水平基本为吨镁产品,需消耗10吨白云石,副产4.7吨CO2。
 
  国内皮江法炼镁的燃料主要为弱粘性炼焦炉烟气,高温焦炉焦炉气,弱粘性煤气化煤气以及无烟煤发生炉煤气等气体燃料。总能消耗维持在吨镁5T标准煤水平上。这些能消耗主要分布在金属生产工艺中的白云石的焙烧,镁的还原,粗镁的精炼岗位中,其中还原岗位占总能耗在70%~80%左右。
 
  皮江法炼镁工艺中,这些能耗水平在一般金属冶炼过程中可能居首位。每吨镁产品和5吨标煤燃烧后可产生大约15吨以上的纯CO2气体,加上白云石焙烧所产生的CO2气体,加在一起估计应超过20吨以上。
 
  每吨镁需要排放20吨的CO2,对环境要造成极大的危害,如何应对,需要我们认真对待。
 
  对于此问题,笔者提出一些意见。
 
  方法一:皮江法炼镁的原料为白云石,经过还原法冶炼,其中85%以上的Mgo被还原出来,渣的主要或份为硅酸钙,利用CO2和渣中的CaO反应生成碳酸钙的原理制作碳化砖,虽然强度不是很高,但可用作砌墙等通用建筑材料,还可以考虑用CO2做发泡剂,用作碳化泡沫砖,可解决20%~30%的 CO2问题。这一技术简单,投资省,可广泛推广。
 
  方法二:采用北京钢铁研究总院教授郭培民的皮江法微波炉加热还原炉的方法。采用微波炉加热缩短还原时间,减少能耗方法,如果工业化微波炉出现,这一工艺也可解决降低50%左右的碳排放问题,由于这一技术尚处于实验室阶段,实用的工业化微波炉还要做大量实验工作,我们还要在这一技术攻关问题上走一段路。
 
  方法三:采用CO2加氢气合成甲醇的方法。CO2和H2在压力、温度和催化剂的作用下合成甲醇,还可在甲醇的基础上进一步进行脱水转化为二甲醚,代替柴油用作燃料。此方案和技术国内国外都已在大力推进中,关键技术触煤活性度的提高是进一步降低成本的关键。
 
  另外,该方法是利用镁生产工艺产生的CO2和H2进行反应制得甲醇。这种工艺利用白云石焙烧及镁还原,精炼过程产生的燃烧烟气为原料气进行化学法或物理法吸收提纯制得较纯的CO2。
 
  H2的制得是根据当地资源状况而确定。
 
  (1)利用焦炉煤气为燃料的工厂可利用从焦炉气中分离得到,高温焦炉气中H2含量一般达60%左右,是最好的条件。半焦生产焦炉气中H2含量稍低,也可利用。
 
  (2)对于水电、光伏、煤矸石发电等电力资源丰富的企业可利用电解水制氢得到H2,同时付产O2,附产氧气可采用纯氧或富氧燃烧用于还原,煤气制造,精炼等岗位,可使烟气中CO2浓度升高利于CO2的提取,同时降低了氮氧化物的产生,更利于环境保护。
 
  在CO2和H2反应生成的甲醇的反应过程中及反应的压力可采用中压或低压合成,中压为15mpa左右,低压为5mpa左右。
 
  合成反应采用催化剂存在条件下进行反应。
 
  合成反应温度在260℃~320℃之间。
 
  甲醇产品可利于代替汽油,或制汽油的添加剂,甲基叔丁基醚还可用于制造柴油的酯化剂。甲醇经过脱水可生成热值更高的二甲醚,二甲醚可替代柴油直接用作动力燃料油。
 
  甲醇是一种清洁能源,目前市场售价一般为1800元~2500元左右。
 
  对于以上三种方法中的方法一,利用CO2和镁还原渣生产碳化砖或者砌块,由于渣中CaO的量的限定,仅能利用CO2总量的20%左右。
 
  对于方法二,利用在微波还原炉中加热,由于分子震动产生热,还原罐内混合料加热均匀,还原反应总时间可以显着缩短到3小时左右,大工业生产还原时间可能缩短60%~70%之间,还原反应约可节能2吨~3吨标煤,也就可以减少CO2排放量30%左右。
 
  对于方法三,利用CO2和H2反应制甲醇,或再由甲醇生产二甲醚,它的前提是H2的来源及成本,如果H2的成本可以大辐度降低,采用此方法就是最佳CO2处理方法。
 
  另外还有CO2精制CO2饮料,农业用于水果、蔬菜、粮食贮存保鲜,以及农用CO2气体肥料的开发利用和人工降雨等,这些利用可以提高其高附加值利用,但总利用量不会太大。提高工厂绿化程度也是一种有效利用,也是行之有效的经济化利用。

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