直接还原铁(DRI)是一种不使用高炉冶炼而得到的金属铁，在冶金工业中主要替代废钢作为电炉炼钢的原料和作为转炉炼钢的冷却剂。随着经济和技术的发展，对钢铁产品的质量和品种要求日益提高，尤其是电炉钢比例的增加和冶金短流程工艺的发展，形成了对DRI的强劲需求。2005年，中国海绵铁的市场需求量已达到1000万t以上，而中国直接还原铁产量仅为40～50万t/a，并且主要是采用煤基回转窑工艺。煤基回转窑的主要缺点是设备利用效率低、能耗高，操作难度大，容易结圈，特别是用煤作为还原剂和燃料，导致产品硫和其它杂质含量高。目前，全世界直接还原铁生产中，约92％是通过气基直接还原工艺生产的，典型工艺有Midrex和HYL2III。气基还原需要有丰富的天然气资源做保障，而中国天然气资源缺乏，而且，天然气裂解工艺复杂、投资较大，因此，采用天然气作为原料气的气基直接还原工艺在中国很难得到发展。近年来，中国焦化工业发展迅速，2005年全国累计焦炭产量达到2.3亿t。同时，也产生了大量的过剩焦炉煤气，据统计中国焦炉煤气排空量达到240亿m3，相当于两个“西气东输”的天然气量，为开展气基直接还原铁生产提供了可能。

焦炉煤气中含有20％(体积分数)以上的CH4，在低温条件下，直接用焦炉煤气还原铁矿石会发生渗碳反应，降低还原速度;在较高温度下，CH4作为惰性气体存在，同样会降低还原速度。所以，利用焦炉煤气生产直接还原铁的技术关键是如何将其中的CH4转换成H2+CO。目前，从焦炉煤气中获得直接还原气体的方法主要有以下几种:变压吸附法，该法可得到纯氢，但不能使CH4得到有效的利用，而且设备投资较大;类天然气催化裂化法，该法需要增加一套催化重整设备;自重整法，将焦炉煤气通入还原炉内进行缺氧燃烧，以还原铁作触媒，将甲烷转成CO和H2，此法无需增加重整设备，降低了固定投资，但是会使铁矿还原反应过程复杂化，操作难度较大。1997年，HYL公司开发的HYL2ZR工艺，已经成功实现了从天然气水蒸气重整到天然气自重整的技术转变，这对于进行焦炉煤气自重整研究具有一定的借鉴意义。如果焦炉煤气自重整工艺可行，无疑可以使采用焦炉煤气生产海绵铁成为现实。目前，中国的焦炉煤气自重整研究尚处于探索阶段。

本文通过热力学模拟计算对焦炉煤气自重整技术进行了研究，对其工艺可行性进行了探讨，为工业化生产提供了理论依据。

焦炉煤气原始炉气成分中的CH4越高，有利于生成更多的H2和CO，可以提高还原气的还原势。增加焦炉煤气原始炉气成分中的CO，会降低平衡体系中的H2含量，而体系的还原势变化不明显。增加压力，平衡体系中的H2和CO含量降低，因此，高压不利于焦炉煤气自重整。平衡体系中的H2和CO含量以及气体的还原势，均随反应温度的增加而升高，因此，提高温度有利于自重整反应的进行。配氧量对自重整反应影响很大，当配氧量(体积分数)约为13％时，H2的体积分数达到最大值，约提高16.2％;当O2的配入量(体积分数)为14％～20％时，CO含量达到最大，约提高1.75倍。（东乔）