Midrex创建了一种新型灵活的技术，可以对直接还原铁的碳含量在1%-4%的范围内进行调整，且对卸料温度的影响非常有限。

这项正在申请专利的技术被称作“ACT”，代表“可调整的碳技术（Adj ust abl e Carbon Technol ogy）”。Midrex ACT可使Midrex工厂生产品种更为宽泛的直接还原铁产品，在操作过程中易于调节碳含量水平。为了给Midrex用户提供更为灵活的服务，提供更高碳含量的直接还原铁和热压块铁（HBI）产品，该技术可以通过对现有工厂进行改造升级实现，或者融入新工厂的设计中。

1以Midrex工艺路径控制碳含量

在Midrex竖炉中，在三个阶段将碳加入直接还原铁。

1）还原区：还原区的主要目的就是将Midrex重整装置中的CO和H₂作为还原剂，将铁转化为理想的金属产品。不过，部分来自CH₄和CO的碳也添加到了还原区。来自CH4的碳是吸热（消耗热量）反应，而来自CO的碳则放热（释放热量）反应。

2）过渡区：受到控制的天然气流就是主要碳源，而且可以对Midrex 直接还原铁产品的碳含量进行控制。这两大

主要形成碳的化学反应是：

3Fe CH₄ →Fe₃C 2H₂（1）

CH₄ →C 2H₂ （2）

这些反应是吸热的，可以冷却直接还原铁，因此适用于工厂生产冷态直接还原铁（CDRI），但不适于生产热态直接还原铁（HDRI）或热压块铁。

3）冷却区：生产冷态直接还原铁的Midrex工厂在卸料之前，采用气体冷却直接还原铁。这种冷却气体含有烃类物质，添加碳的方式与过渡区类似。

2 Midrex ACT技术开发

为了满足市场对直接还原铁产品的多样化需求，Midrex研究和技术开发（RTD）中心迫切需要开发一种全新的碳添加技术，无需冷却直接还原铁。

Midrex ACT技术必须是灵活的（在工厂操作过程中可以轻易调节碳含量），而且在旧工厂的升级改造或新工厂设计上都是可以配置的。Midrex RTD中心已经开创了全新的理念，并进行理论计算、计算机建模（热动力学和动力学）以及实验室测试。

采用Midrex ACT技术，由Midrex重整装置制备的

CO以富CO气流的形式添加到过渡区，CO与直接还原铁流化床接触，发生的放热反应可以提供额外的能量，从而确保理想的直接还原铁温度：

3Fe CO H₂ →Fe₃C H₂O（3）3Fe 2CO →Fe₃C CO₂（4）

CO H₂ →C H₂O （5）

2CO→C CO₂ （6）

在过渡区添加了天然气，如前所述。通过调节过渡区的CO含量，工厂操作人员可以控制添加到直接还原铁产品的能量；调节天然气的添加量可以控制直接还原铁的碳含量。因此，Midrex ACT技术可以单独控制温度升高，以及碳的添加量。

3 Midrex ACT技术概况

?可以应用于不同类型的Midrex工厂（CDRI、HDRI、HBI或综合型）；

?直接还原铁的碳含量可以增加或减少；

?无需冷却直接还原铁即可添加碳；

? 通过Midrex工艺生产的直接还原铁产品中85%-90%的碳含量以碳化物（Fe₃C）的形式存在；

?可对Midrex旧工厂进行改造也可在新工厂进行安装配置；

?可以根据理想的碳含量水平开启或关闭Midrex工艺，而不会影响工厂运行。

4 Midrex ACT设计特征

Midrex ACT工艺的所有设备都被证实是可靠的，简化的流程图如图1所示。

1）重整气体冷却器

所有的Midrex新工厂和旧工厂都设有重整气体冷却器，主要用于在正常运行过程中控制还原气体温度。

冷却后的重整气体是较小的气流（通常约10%的重整气体气流），富含H₂和CO，也转移到Midrex ACT流程中。

2）除雾器

冷却后的重整气体随后被送往一个除雾器，与传统Midrex工厂内的设备相似，主要用于除去过量的水，并保护后序的设备。

3）工艺气体压缩机

气体被压缩到约14barg，这种压力正是下游膜分离装置所需要的。

4）气体冷却装置

来自压缩机的气体温度高于下游膜分离装置所需的温度，因此，它被合成气冷却器所冷却，而水分则被除雾器除去。

5）膜分离装置

气体经过压缩和冷却后，进入膜分离装置。这种技术用于气体分离行业，利用了压力的不同，选择部分气体成分进入进气气流，穿透膜，并将进气分离为两种产品流：富CO气流和富H₂气流。富CO流送入竖炉过渡区，这里的放热反应释放热量以及部分碳，而吸热反应储存碳；富H₂气流（来自膜分离装置的低压气流）被回收到工艺气体压缩器的卸料部位，并将回收的气体添加到重整装置。

5 Midrex ACT首个应用

美国铁矿石生产商克利夫兰-克利夫斯公司（Cl evel and-Cl if f）在俄亥俄州的托莱多建造了一座Midrex热压块铁工厂，年产能160万吨。该厂将对来自明尼苏达州的铁矿石进行加工，并向位于大湖区的钢铁企业供应热压块铁。克利夫兰-克利夫斯公司决定将Midrex ACT技术融入新工厂的设计，从而使热压块铁碳含量水平可以灵活满足用户的需求，该厂计划于2020年年中启动。

6结论

Midrex ACT工艺通过提供一种独立的方式调节直接还原铁产品的碳含量水平，或者在既定碳含量水平上提高卸料温度，从而实现了Midrex工厂的产品灵活性。采用这一技术，Midrex工厂的产品可以具有宽泛的碳含量，从1%到4%。

采用Midrex ACT技术，Midrex工厂可以生产碳含量更高的冷态直接还原铁产品，也可以生产碳含量较高或高温状态，或者同时具备这两种条件的热态直接还原铁产品；还可以生产较高碳含量的热压块铁，而且在压块机上没有较大的物料损失，或者在既定碳含量水平上提高压块温度。冷态直接还原铁和热压块铁的商业工厂可以对产品的化学成分进行灵活调整，生产高附加值产品，从而满足终端用户不同需求。

Midrex ACT可以安装于新工厂或旧工厂，该技术所需的设备在实际操作中具有实用性。这种设计在所有Midrex技术解决方案上都同样稳健可行。但由于耗电量的增加，还需要一些额外的运营成本。 （罗晔）