國外鋼鐵企業(yè)高爐煤氣二氧化碳捕集技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)過程嚴(yán)重依賴于煤和焦炭等化石燃料，因此，鋼鐵行業(yè)也成為僅次于電力行業(yè)的能耗和CO?排放大戶。國際能源署的統(tǒng)計結(jié)果表明制造業(yè)CO?排放量約占全球CO?排放總量的40%，其中鋼鐵工業(yè)占制造業(yè)CO?排放量的27%左右，其中煉鐵系統(tǒng)的能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的70%以上，CO?排放量約占鋼鐵生產(chǎn)全流程的80%左右，是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的重點環(huán)節(jié)。堅持高爐精料操作，優(yōu)化風(fēng)溫、富氧等調(diào)劑手段，推進(jìn)低燃料比操作固然是煉鐵系統(tǒng)降低能耗，減少CO?排放的重要措施之一，但減排效果十分有限，采用碳捕捉結(jié)合低碳煉鐵技術(shù)減少CO?直接排放，將逐步成為解決鋼鐵行業(yè)碳排放的有效措施。

目前主要有3種CO?捕捉工藝，包括燃燒前捕捉、燃燒過程捕捉和燃燒后捕捉，其中，燃燒后捕捉是唯一實現(xiàn)工業(yè)化的工藝過程，世界范圍內(nèi)已投產(chǎn)的燃燒后捕捉CO?裝置包括挪威的年處理300萬噸CO?裝置和加拿大100萬噸/年的CO?捕捉裝置。這些技術(shù)的核心是氣體的分離，燃燒后捕捉CO?是CO?與N?的分離，燃燒前捕捉是CO?和H?的分離，而燃燒過程捕捉是空氣中O?的分離。所有技術(shù)中氣體的分離均需要在一定的溫度、壓力和CO?分壓條件下進(jìn)行，捕捉工藝選擇的關(guān)鍵是實現(xiàn)能耗和捕捉成本最低。

（1）日本JFE物理吸附法分離高爐煤氣CO?。日本JFE鋼鐵公司在福山廠建立了小型CO?捕捉試驗設(shè)備，其處理能力為3t/d，煤氣約300m³/h，采用物理吸附技術(shù)路線分離高爐煤氣中的CO?。該項目是日本“冷地球50”（COURSE50）計劃的子項目之一。高爐煤氣經(jīng)過加壓、冷卻后，依次流經(jīng)脫濕塔和脫硫塔脫除煤氣中的水分和硫化物，凈煤氣進(jìn)入PSA核心處理單元。該單元分為兩段，第一段是CO?-PSA，第二段是CO-PSA，分別將CO?和CO從煤氣中分離出來。分離回收的CO氣體是高熱值氣體燃料，可用于燒結(jié)、熱風(fēng)爐及軋鋼等工序。

JFE高爐煤氣碳捕集計劃/圖片來自網(wǎng)絡(luò)

（2）新日鐵化學(xué)吸收法分離高爐煤氣CO?。新日鐵在君津廠建造了高爐煤氣CO?捕集試驗裝置，處理能力約為100m³/h，該試驗裝置主要由三部分組成：吸收塔、再生塔和再沸器及富液與貧液換熱系統(tǒng)。吸收塔內(nèi)采用胺溶液逆向噴淋技術(shù)，捕捉進(jìn)入吸收塔內(nèi)的高爐煤氣中的CO?。富含CO?的富液經(jīng)換熱后泵入再生塔上部汽提解吸部分CO?。經(jīng)汽提解吸后的半貧液進(jìn)入再沸器，使CO?進(jìn)一步解吸。解吸CO?后的貧液經(jīng)處理后可返回吸收塔循環(huán)使用，捕捉得到的高濃度CO?處理后可用于化工生產(chǎn)、開采石油等。

（3）浦項化學(xué)法吸收分離高爐煤氣CO?。與新日鐵化學(xué)法不同，浦項制鐵采用氨水作為化學(xué)吸收劑，基本流程與新日鐵的有機胺法相似，但解吸溫度遠(yuǎn)低于新日鐵。新日鐵采用常規(guī)有機胺法，其解吸溫度約為120℃，而浦項制鐵采用的氨水法的解吸溫度僅為80℃，使氣體解析過程的能耗大幅度降低。此外，浦項制鐵還在研究PSA法的高爐煤氣CO?分離技術(shù)，已經(jīng)搭建了處理能力為1m³/h的小型試驗平臺。

（4）安賽樂米塔爾氧氣高爐煤氣CO?分離。氧氣高爐的高爐煤氣中僅含有CO和CO?的混合氣，僅含有極少量的氮氣。米塔爾公司在Eisenhüttenstadt-EHS 鋼廠建設(shè)了真空變壓吸附（VPSA）設(shè)備，并在產(chǎn)能為70萬噸/年的高爐上投入使用。該項目主要研究高爐爐頂煤氣循環(huán)工藝及閉環(huán)操作的可行性。高爐頂部煤氣循環(huán)（TGR-BF）是ULCOS項目的一項重點新技術(shù)，歐盟選擇了VPSA法提純CO，吸附尾氣即為CO?。VPSA相比于PSA，尾氣雜質(zhì)解析得比較徹底，缺點是需要增加動力設(shè)備和抽真空設(shè)備，固定投資隨之增加，運行費用也會相應(yīng)增加。

來源：雙碳戰(zhàn)略研究小組