摘要：

鋼廠尾氣作為燃料利用效率低和放散量大是鋼鐵企業(yè)單位能耗高的主要原因，本文提出了一種新的綜合利用鋼廠尾氣的技術(shù)路線，即將鋼廠尾氣中有用組分純化后作為化工合成的原料氣，可以大幅度減少鋼廠尾氣的放散，提高尾氣的利用效率，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：鋼廠尾氣 綜合利用 化工合成

1 前言

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量大幅度提高，鋼廠尾氣的產(chǎn)量相應(yīng)增長(zhǎng)，如何合理利用鋼廠尾氣成為鋼鐵企業(yè)減少碳排放及提高經(jīng)濟(jì)效益的重要問題。因此，將鋼廠尾氣作為化工生產(chǎn)的原料成為鋼廠尾氣綜合熱利用的一條新途徑。一般認(rèn)為鋼廠尾氣包括三種煤氣：焦?fàn)t氣、轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣。

1.1 焦?fàn)t氣及其應(yīng)用情況

焦?fàn)t氣，又稱焦?fàn)t煤氣，是指用幾種煙煤配制成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所產(chǎn)生的一種可燃性氣體，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。焦?fàn)t氣是混合物，其產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦化過程條件不同而有所差別，每生產(chǎn)一噸焦炭副產(chǎn)90～420立方米焦?fàn)t氣。其主要成分為氫氣（55%~60%）和甲烷（23%~27%），另外還含有少量的一氧化碳（5%~8%）、C₂以上不飽和烴（2%~4%）、二氧化碳（1.5%~3%）、氧氣（0.3%~0.8%）、氮?dú)猓?/span>3%~7%）。其中氫氣、甲烷、一氧化碳、C₂以上不飽和烴為可燃組分，二氧化碳、氮?dú)?、氧氣為不可燃組分。焦?fàn)t氣是鋼廠三種尾氣中利用率最高的尾氣，由于焦?fàn)t氣相對(duì)其它兩種尾氣熱值較高，熱值約為4200Kcal/Nm³，因此其可直接作為高溫工業(yè)爐的燃料和城市煤氣；另外焦?fàn)t氣含氫氣量高，分離后用于冷軋鋼的保護(hù)氣。目前許多焦炭廠生產(chǎn)的焦?fàn)t氣通過轉(zhuǎn)化可作為合成甲醇的原料氣，還有部分焦炭廠家利用焦?fàn)t氣生產(chǎn)液化天然氣，剩余的氣體用于合成化工產(chǎn)品。在鋼鐵廠焦?fàn)t氣中重組分焦油、芳烴等被分離作為產(chǎn)品銷售，而剩余的甲烷、氫氣和一氧化碳作為化工合成原料的則很少。

1.2 轉(zhuǎn)爐氣及其應(yīng)用情況

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下與吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。每生產(chǎn)出一噸鋼副產(chǎn)40～100立方米轉(zhuǎn)爐氣，全國(guó)一年若以5億噸鋼產(chǎn)量來計(jì)算，將會(huì)產(chǎn)生約500億立方米的轉(zhuǎn)爐氣?；厥盏捻敶笛蹀D(zhuǎn)爐氣含一氧化碳60～80%，二氧化碳15～20%，以及氮、氫和微量氧。轉(zhuǎn)爐氣的熱值約為1800 Kcal/Nm³。轉(zhuǎn)爐氣的發(fā)生量在一個(gè)冶煉過程中并不均衡，成分也有變化。通常將轉(zhuǎn)爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個(gè)儲(chǔ)氣柜，混勻后再輸送給用戶作為燃?xì)馐褂谩?/span>

1.3 高爐氣及其應(yīng)用情況

高爐氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為：CO、CO₂、N₂、H₂、CH₄等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H₂、CH₄的含量很少，CO₂和 N₂的含量分別占15%、55%，高爐氣的熱值約為800Kcal/Nm³。高爐氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關(guān)，現(xiàn)代的煉鐵生產(chǎn)普遍采用大容積、高風(fēng)溫、高冶煉強(qiáng)度、高噴煤粉量的生產(chǎn)工藝，采用這些先進(jìn)的生產(chǎn)工藝提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并降低能耗，但所產(chǎn)的高爐氣熱值更低，增加了利用難度。高爐氣中的CO₂、N₂既不參與燃燒產(chǎn)生熱量，也不能助燃，相反還吸收大量的燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致高爐氣的理論燃燒溫度偏低。高爐氣的著火點(diǎn)并不高，表面上不存在著火的障礙，但在實(shí)際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的溫度必須遠(yuǎn)大于著火點(diǎn)，才能確保燃燒的穩(wěn)定性。高爐氣的理論燃燒溫度低，參與燃燒的高爐氣的量很大，導(dǎo)致混合氣體的升溫速度緩慢，溫度不高，燃燒穩(wěn)定性不好。每生產(chǎn)出一噸生鐵副產(chǎn)1700～2000立方米高爐氣，全國(guó)一年若以5億噸生鐵產(chǎn)量來計(jì)算，將會(huì)產(chǎn)生約1萬億立方米的高爐氣。目前隨著蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)及高爐氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的推廣，鋼廠中高爐氣放散量逐漸減少，但對(duì)于一些中小型鋼廠仍有大量高爐氣放散，另外高爐氣作為燃燒氣使用仍存在熱效率低的缺點(diǎn)。

綜上所述，在鋼廠中無論是焦?fàn)t氣、轉(zhuǎn)爐氣還是高爐氣的利用，幾乎全部是作為燃燒氣使用，而實(shí)踐中除焦?fàn)t氣作為燃燒氣使用時(shí)具有較高的熱效率外，轉(zhuǎn)爐氣和高爐氣作為燃燒氣使用則存在熱效率低、二氧化碳大量排放等缺點(diǎn)，這不僅增加了全球的溫室效應(yīng)，危害了環(huán)境，還造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

2 技術(shù)路線

分析焦?fàn)t氣、轉(zhuǎn)爐氣和高爐氣組成可以發(fā)現(xiàn)，焦?fàn)t氣中含有大約60%的氫氣，轉(zhuǎn)爐氣和高爐氣中則含有大量的一氧化碳，而氫氣和一氧化碳則是化工合成的基本原料。目前化工企業(yè)需將大量的煤轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣，煤制氣的投資約占化工廠投資三分之一以上，因此如能將鋼廠尾氣中的一氧化碳和氫氣分離提純后作為化工合成的原料，不僅可以省略造氣的投資，同時(shí)可大幅度降低化工合成的成本，另外也可以減少二氧化碳的排放，為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造額外利潤(rùn)。

本文提出的鋼廠尾氣綜合利用技術(shù)路線如下：

通過深冷技術(shù)與變壓吸附技術(shù)結(jié)合分離焦?fàn)t氣中的氫氣，焦?fàn)t氣中高熱值組分CH₄可以液化作液化天然氣產(chǎn)品，也可以與高爐氣摻混，配制成各種合格的燃料氣體供鋼鐵企業(yè)內(nèi)部使用，氫氣作為化工合成的原料。高爐氣或轉(zhuǎn)爐氣則可通過變壓吸附制取高純度一氧化碳作為化工合成原料，剩余氣體排空。

圖1鋼廠尾氣綜合利用技術(shù)路線圖

3 產(chǎn)品應(yīng)用

通過本技術(shù)路線能夠得到氫氣產(chǎn)品氣、一氧化碳產(chǎn)品氣、甲烷產(chǎn)品氣，其中氫氣產(chǎn)品氣和一氧化碳產(chǎn)品氣可作為合成化工原料的原料氣，甲烷產(chǎn)品氣可液化為天然氣或作為燃料使用。產(chǎn)品氣CO和H₂目前可以實(shí)現(xiàn)合成的化工產(chǎn)品包括甲醇、合成氨、尿素、醋酸、乙二醇、丁辛醇、TDI（甲苯二異氰酸酯）、MDI(二甲苯烷二異氰酸酯) 、碳酸二甲酯、DMF(N,N-二甲基甲酰胺) 、甲酸、二甲醚、醋酐、甲胺和甲酰胺等。

4 小結(jié)

    本技術(shù)路線能夠綜合利用焦?fàn)t氣、轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣，實(shí)現(xiàn)鋼廠尾氣的平衡利用，提純焦?fàn)t氣中氫氣，濃縮高爐氣和轉(zhuǎn)爐氣中一氧化碳，為實(shí)現(xiàn)鋼廠尾氣轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品邁出了關(guān)鍵一步。能夠?yàn)殇撹F企業(yè)實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排、低碳煉鋼”的企業(yè)目標(biāo)做出巨大貢獻(xiàn)。