【摘  要】 高爐氣的綜合利用對(duì)于鋼鐵企業(yè)具有重要的意義，是“十二五”期間鋼鐵企業(yè)緩解原料束縛，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、降耗的重要途徑之一，本文從促進(jìn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，以現(xiàn)有工業(yè)化項(xiàng)目為工程案例，闡述利用變壓吸附技術(shù)實(shí)現(xiàn)高爐煤氣高效利用的市場前景，為促進(jìn)新型煤化工產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展提供新的思路。

【關(guān)鍵詞】 高爐氣  節(jié)能減排  綜合利用

“十一五”時(shí)期，我國粗鋼產(chǎn)量由3.5億噸增加到6.3億噸，年均增長12.2%，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鋼鐵企業(yè)1000立方米及以上高爐生產(chǎn)能力所占比例由48.3%提高到60.9%，100噸及以上煉鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力所占比例由44.9%提高到56.7%，鋼材國內(nèi)市場占有率由92%提高到97%。2010年，鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值7萬億元，占全國工業(yè)總產(chǎn)值的10%；資產(chǎn)總計(jì)6.2萬億元，占全國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)資產(chǎn)總值的10.4%，為建筑、機(jī)械、汽車、家電、造船等行業(yè)以及國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提供了重要的原材料保障。

“十二五”時(shí)期，鋼鐵工業(yè)作為國家發(fā)展的支柱性行業(yè)，是實(shí)施節(jié)能減排戰(zhàn)略的主攻方向，并根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，提出了如下主要指標(biāo) ，見表1：

表1：“十二五”發(fā)展規(guī)劃各項(xiàng)節(jié)能減排指標(biāo)

由于鋼鐵能源消耗量約占全國工業(yè)總能耗的15%，廢水和固體廢棄物排放量分別占工業(yè)排放總量的14%和17%，因此，鋼鐵行業(yè)成為整個(gè)節(jié)能減排中的重中之重。據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)，過去5年里，大中型鋼企用于污染防治的年度投入在其固定資產(chǎn)總投資中所占的比重已升至9%左右，在前幾年一般是5%?！笆濉变撹F工業(yè)面臨的節(jié)能減排任務(wù)更加艱巨，法律法規(guī)要求更加嚴(yán)格：《環(huán)境保護(hù)法》修正案的初稿，首次在全國性法律中列入“按日計(jì)罰”概念，即排污企業(yè)無法按期實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管部門限期整改的要求，逾期1天將被處以1萬元以上、10萬元以下的處罰，上不封頂。多位環(huán)保專家指出，該法未來若順利通過審議，將成為我國最嚴(yán)厲的環(huán)保立法。目前大多數(shù)鋼企的生存環(huán)境都遭遇了一定的挑戰(zhàn)，環(huán)保成本的大力投入直接影響到鋼企的生存，一方面是行政決策的力量，一方面是經(jīng)濟(jì)利益的影響，鋼企似乎陷入了兩難的漩渦，中國鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排不僅有來自于內(nèi)部的壓力，還承受著外部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，因此，“十二五”期間鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排對(duì)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)以及政府都是一大挑戰(zhàn)。

我國的鋼鐵工業(yè)仍然是依靠資源的高消耗來推動(dòng)增長的，因此鋼鐵廠要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、低碳煉鐵的綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)，必須充分挖掘能源等方面的潛力，提高資源的利用效率，最大限度的減少資源浪費(fèi)。 鋼鐵企業(yè)中“三氣”（高爐氣、轉(zhuǎn)爐氣、焦?fàn)t氣）的能量綜合利用是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的突破口。在鋼廠三氣中，雖然高爐氣有效氣體含量最低，但其產(chǎn)量最大。在“三氣”二次能源總量中高爐氣約占64％，焦?fàn)t氣約占29％，轉(zhuǎn)爐氣約占7％，這意味著，高爐煤氣的回收利用比其他廢氣的回收利用意義更為重大，因此高爐氣的有效利用是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降耗增效的重點(diǎn)方向之一。

目前一般的高爐煤氣利用途徑包括：高爐煤氣余壓透平發(fā)電（TRT），燒結(jié)和熱風(fēng)爐燃燒，摻混高熱值燃料（例如天然氣）的燃燒（某些需要燃燒氣具有較高熱值的場合）等。由于高爐煤氣熱值太低（750～780kCal/Nm3），不僅上述各種燃燒利用方法本身的效率不高（因高爐煤氣燃燒過程中，大量的氮?dú)獾冉M份需要被加熱），而且高爐煤氣往往無法完全利用而被迫大量放散，造成能源的巨大浪費(fèi)的同時(shí)，還增加碳排放，加劇了環(huán)境污染。

隨著高爐原料條件的逐步改善、裝備質(zhì)量和技術(shù)水平的日益提高，高爐煤氣的低熱值將呈降低趨勢，進(jìn)一步加大對(duì)高爐煤氣充分利用的難度（TRT，燒結(jié)，熱風(fēng)爐燃燒，摻混高熱值燃料等），1965年我國高爐煤氣的平均熱值為4180kJ/m3，而現(xiàn)在我國大型高爐的煤氣熱值已降到3135k J/m3。眼下鋼鐵行業(yè)面對(duì)環(huán)保政策和經(jīng)濟(jì)壓力的雙面夾擊，當(dāng)務(wù)之急是采用安全穩(wěn)定的創(chuàng)新技術(shù)對(duì)廢棄能源進(jìn)行綜合利用，緩解成本壓力。如何能夠更加經(jīng)濟(jì)、合理、有效、清潔地利用高爐氣呢？在這里，筆者推薦一種新的技術(shù)：利用變壓吸附技術(shù)將高爐氣中的CO分離提純，進(jìn)行綜合再利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。下面將這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用歷程做簡單介紹：

以北京大學(xué)依據(jù)基礎(chǔ)研究理論成果開發(fā)出的國際領(lǐng)先水平的高效CO吸附劑PU-1為基礎(chǔ)，北京北大先鋒科技有限公司開發(fā)成功采用該吸附劑的先進(jìn)變壓吸附分離CO工程技術(shù)，獲得2006年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。該技術(shù)適用于從高N2含量的各種工業(yè)混合氣中分離CO，北大先鋒公司采用該技術(shù)，已為用戶建設(shè)了數(shù)十套工業(yè)裝置，廣泛應(yīng)用于從水煤氣、半水煤氣、合成氣等各種工業(yè)混合氣中分離高純CO，裝置的最大規(guī)模達(dá)到20000Nm3/h以上，裝置的數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)模和性能指標(biāo)均處于國際領(lǐng)先地位。

從高爐煤氣分離CO是一個(gè)國際性難題，這是由于高爐煤氣含有大量N2（～55%）和CO2（～18%）。N2和CO的沸點(diǎn)非常接近，因此傳統(tǒng)的深度冷凍氣體分離工藝無法應(yīng)用于從含大量N2氣的高爐煤氣中分離CO。普通吸附劑對(duì)CO與N2的吸附選擇性較低，而且吸附CO2后中毒而導(dǎo)致吸附劑失活，因此常規(guī)的變壓吸附法也無法用于高爐煤氣的CO分離。北大先鋒公司的變壓吸附分離一氧化碳技術(shù)完全適用于從高N2含量的高爐煤氣中分離CO，即從高爐煤氣分離CO的關(guān)鍵技術(shù)已成熟。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)高爐煤氣的組成特點(diǎn)，北大先鋒公司開發(fā)了針對(duì)性的工藝流程，其中粉塵脫除和硫、氧等的雜質(zhì)凈化均采用工業(yè)上成熟的技術(shù)。因此，從高爐煤氣分離CO雖然是新課題，但從技術(shù)角度來看并不存在問題。北大先鋒公司的高爐煤氣分離CO技術(shù)現(xiàn)已申請(qǐng)了國家發(fā)明專利。除北大外，目前尚無掌握同類技術(shù)的相關(guān)報(bào)道。

目前，該技術(shù)正在進(jìn)行示范裝置的建設(shè)，據(jù)報(bào)道，衡陽鋼管集團(tuán)與北大先鋒成功“牽手”，雙方將共同投資近億元建設(shè)一項(xiàng)新的變壓吸附提純煤氣工程。新項(xiàng)目建成后，企業(yè)每小時(shí)可對(duì)67000標(biāo)準(zhǔn)立方米高爐煤氣進(jìn)行分離回收，提純出濃度為70%的17500標(biāo)準(zhǔn)立方米成品氣，供軋管分廠加熱爐使用，年直接創(chuàng)效可達(dá)2500多萬元。

可見，利用該技術(shù)將高爐氣中的CO提純后，應(yīng)用前景十分廣闊。一是富含CO的產(chǎn)品氣可以作為高品質(zhì)燃料，減少煤、天然氣的使用量；二是可作為高爐噴吹的還原氣體，減少煤、焦的使用量；三是可生產(chǎn)高附加值的化工產(chǎn)品，如生產(chǎn)乙二醇、碳酸二甲酯、醋酸、甲醇、TDI、DMF等，由于CO造氣成本低，生產(chǎn)的碳一化工產(chǎn)品更具競爭力，將為企業(yè)創(chuàng)造更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

綜上，北大先鋒公司高爐煤氣分離CO技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的成功應(yīng)用，解決了大規(guī)模低成本分離CO的國際性難題，是一項(xiàng)具有巨大使用價(jià)值的重大創(chuàng)新技術(shù)，給鋼鐵企業(yè)高爐氣的應(yīng)用提供了一個(gè)新的發(fā)展方向和選擇，為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排、降耗增效做出了貢獻(xiàn)，在鋼鐵行業(yè)具有普及意義，應(yīng)加快推廣進(jìn)程，大力促進(jìn)鋼鐵工業(yè)向低耗、節(jié)能方向邁進(jìn)。