鋼鐵企業(yè)煤氣在非冶金行業(yè)的綜合利用

1、鋼鐵企業(yè)煤氣在非冶金行業(yè)的綜合利用DOI10.13939/jki.zgsc.2016.23.0521 引言在目前市場低迷，鋼鐵行業(yè)進入微利時代甚至虧損的大環(huán)境下，降本增效、深挖企業(yè)自身潛力是各企業(yè)的必修課，對于企業(yè)的生存與發(fā)展更具有特別重要的意義。作為鋼鐵企業(yè)重要的二次能源副產(chǎn)煤氣資源，近年來在回收技術、綜合利用方面都取得了長足的進步，多數(shù)鋼鐵廠煤氣利用率逐年提高，放散現(xiàn)象得到改善。鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣的50%-80卿于各工序燃燒或爐窯加熱，剩余部分供自備電廠，多余部分放散，煤氣資源占到企業(yè)總能耗的比例達到40%左右，是影響生產(chǎn)成本和利潤的重要因素。如何做好節(jié)能降耗，合理利用能源資源及保護環(huán)境等工

2、作，是當前鋼鐵企業(yè)必須解決的問題。2 鋼鐵企業(yè)煤氣利用現(xiàn)狀2.1 煤氣種類鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣資源主要包括焦爐煤氣（CokeOvenGas，COG、高爐煤氣（BlastFurnaceGas,BFG和轉(zhuǎn)爐煤氣（Lindz-DonawitzGas,LDG,由于產(chǎn)生工藝不同，這三種煤氣的成分和發(fā)熱值存在較大差異。2.2 煤氣利用途徑（ 1）根據(jù)各用戶對燃料熱值要求，將大部分高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣直接或經(jīng)過混合、加壓后送廠內(nèi)焦爐、熱風爐、工業(yè)爐窯等工藝生產(chǎn)用戶加熱。（ 2）少量焦爐煤氣經(jīng)過凈化裝置制取凈化焦爐煤氣送各切割用戶，或經(jīng)過變壓吸附裝置制取氫氣送冷軋車間作保護氣。（ 3）各工藝用戶使用后，富余的煤氣送發(fā)

3、電裝置（鍋爐、CCP喈）o（ 4）少數(shù)企業(yè)將焦爐煤氣用于生產(chǎn)甲醇、合成氨等。2.3煤氣利用效率傳統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)煤氣都作為燃料使用，其中焦爐煤氣因其發(fā)生穩(wěn)定、熱值較高，燃燒后煙氣能夠達到較高的溫度，作為各用戶優(yōu)先使用的介質(zhì)，經(jīng)常出現(xiàn)焦爐煤氣量不足的情況。近年來隨著蓄熱式爐窯技術、連鑄連軋技術、低發(fā)熱值煤氣發(fā)電技術等節(jié)能技術的發(fā)展，焦爐煤氣用量大幅下降，很多廠有大量剩余。剩余煤氣采用常規(guī)的發(fā)電機組利用，其能源轉(zhuǎn)化率只有32%采用發(fā)電效率較高的超高壓發(fā)電機組、CCPPt發(fā)電效率可以適當提高37*42%3 鋼鐵企業(yè)煤氣在非冶金行業(yè)的利用就目前來看，國內(nèi)煤氣用于燃燒外的另外一個利用途徑就是作為化工原料。實

4、際生產(chǎn)過程中，這種利用途徑又可以具體劃分為多種不同的利用方式。下面我們將對鋼鐵企業(yè)煤氣作為燃料使用外，在非冶金行業(yè)的主要利用方向以及發(fā)展現(xiàn)狀作具體分析。燃料油3.1 制取氫氣焦爐煤氣組分本身含有氫氣50%以上，是制取氫氣的理想原料。焦爐煤氣制取氫氣的方法主要有深冷法和變壓吸附（PSA）法，兩種技術均成熟可靠，特別是變壓吸附（PSq法，通過簡單的吸附分離就可以獲得氫氣，純度可達99.99%以上，制氫成本僅相當于電解水成本的1/31/4。國內(nèi)各大鋼廠相繼建成了焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置，氫氣主要用于冷軋罩式爐或連續(xù)退火爐，獨立焦化企業(yè)制取的氫氣多用于粗苯加氫精制工藝、煤焦油加氫工藝，以廠內(nèi)自用為主，

5、用量有限。此外，氫燃料電池是氫氣利用的一個重要方向，在日本高純氫氣經(jīng)液化供應給燃料電池行業(yè)，但該產(chǎn)業(yè)目前國內(nèi)尚未發(fā)展成熟，氫氣的廣泛應用受到一定限制。3.2 制取天然氣從焦爐煤氣的組成看，氫多碳少，從能量利用率看，利用焦爐煤氣甲烷化制取天然氣，能量利用率可達80%。特別是焦爐煤氣分離出H2后，剩余氣體中CH4含量提高，熱值也提高，使用價值更高。天然氣（CNG可作為汽車代用燃料，在公交車和出租車領域，具有很大的吸引力。近年來焦爐煤氣制LNG技術逐漸興起，以目前的市場價格分析，汽油價格走低，焦爐氣制天然氣的效益減小，但長期來看，油價仍將上行。國外代表性的工藝技術有丹麥托普索甲烷化、英國戴維甲烷化和

6、日本焦爐煤氣制LNG技術等。國內(nèi)在此方面開展工作的有兩南化工研究設計院、大連凱特利、上海華西、新奧科技等，全套工藝可全部國產(chǎn)化。3.3 合成氨我國以非無煙塊煤為原料合成氨能耗平均水平約1554千克標煤/噸氨，傳統(tǒng)焦爐煤氣制合成氨能耗約1250千克標煤/噸氨，近年來焦爐煤氣制合成氨節(jié)能工藝技術的發(fā)展，能耗可降至1142千克標煤/噸氨。焦爐煤氣制合成氨具有資源利用合理、項目投資少、運行費用低、單位產(chǎn)品成本低等特點，是其他煤制合成氨路線難以比擬的。制取的合成氨可用來制造化學肥料，也作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料，除液氨本身可作為化學肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥、含氮混合肥和復合肥，都以氨為原料。此外，新工藝

7、還可回收合成弛放氣中的氫氣，成為制取氫氣的最優(yōu)方法之一。3.4 制取一氧化碳放散高爐煤氣可用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)，使其再資源化1，利用吸附劑提純高爐煤氣?；厥绽闷銫OffiCO2I?有效成分、減少碳排放，必須考慮各種元素的組成和狀態(tài)，使C、O等元素最優(yōu)配置，達到最大減排。高爐煤氣中的CO含量低，N2含量高，二者的沸點相近，采用變壓吸附法PSA(PressureSwingAdsorption)，提純高爐煤氣中的CO時需要研制專門的吸附劑，目前，我國的科研工作者已經(jīng)取得了一些進展。北大先鋒設計的國內(nèi)首個低熱值高爐煤氣綜合利用工程，可得到純度70%Z上的CO產(chǎn)品氣。日本神戶制鋼所在加古川廠和神戶廠建成的

8、轉(zhuǎn)爐煤氣變壓吸附法提純工廠，所產(chǎn)CO度高于99%23.5制取二氧化碳焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣含有高達60%的合成氣成分，只需采用成熟的PSA(PressureSwingAdsorption)變壓吸附工藝，就可將H2和CO分離并提純出來。轉(zhuǎn)爐煤氣在變壓吸附分離CO寸還可以得到CO西體產(chǎn)品，CO2ffl途非常廣泛，可用于食品加工業(yè)、糧食果蔬儲存、氣肥、超臨界萃取劑等?；厥崭郀t產(chǎn)生的CO靖加以有效利用，從而達到減排效果。國內(nèi)寶鋼開展了采用回收的CO繕代僦氣用于轉(zhuǎn)爐底吹的研究，也開始了對回收的CO24行固存的技術研究。33.6 制取甲醇和乙醇轉(zhuǎn)爐煤氣中CO+CO窗量接近80%在焦爐煤氣純氧轉(zhuǎn)化制甲醇工藝中補

9、充部分轉(zhuǎn)爐煤氣可以改善合成氣氫碳比，提高轉(zhuǎn)化效果和甲醇產(chǎn)量。2009年四川達鋼集團在我國首次成功實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣制甲醇，將轉(zhuǎn)爐煤氣凈化后用于10萬t/a焦爐煤氣制甲醇的補炭，年消耗轉(zhuǎn)爐煤氣0.26億m3，甲醇生產(chǎn)成本降低了10%，產(chǎn)量提高了20%。新西蘭LanzaTech公司開發(fā)出轉(zhuǎn)爐煤氣制乙醇技術，將轉(zhuǎn)爐煤氣處灰塵和氧氣后，可以直接在發(fā)酵罐中利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，不受轉(zhuǎn)爐煤氣中CO濃度變化及N2、CO2成分的影響。2008年在新西蘭鋼鐵公司建成中試廠，2010年該公司與寶鋼金屬公司、中國科學院簽訂了利用鋼廠尾氣生產(chǎn)燃料乙醇項目合作框架。3.7 其他方面因為焦爐煤氣主要成分是氫氣、一氧化碳和甲烷，是優(yōu)質(zhì)的化工合成原料氣，經(jīng)簡單轉(zhuǎn)化，即可成為生產(chǎn)甲酸、尿素、醋酸以及粗苯等基礎化工原料。焦爐煤氣合成的甲醇進一步可以合成甲醛、烯烴等。轉(zhuǎn)爐煤氣含CO較高，是一種優(yōu)質(zhì)的化工原料。國內(nèi)萊鋼等企業(yè)已經(jīng)開始研究轉(zhuǎn)爐煤氣用于甲酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此對于轉(zhuǎn)爐煤氣富裕的企業(yè)，將其用于化工生產(chǎn)也是一個很有潛力的利用途徑。4 結論鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣的充分回收、合理利用，不僅有利于鋼鐵廠降低單位產(chǎn)品能耗和污染排放，還可以擴展資源化利用途徑，制取清潔燃料、