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)的經濟效益。

關鍵詞：鋼廠尾氣 綜合利用 化工合成

1 前言

隨著我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼鐵產量大幅度提高，鋼廠尾氣的產量相應增長，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濟效益的重要問題。因此，將鋼廠尾氣作為化工生產的原料成為鋼廠尾氣綜合熱利用的一條新途徑。一般認為鋼廠尾氣包括三種煤氣：焦爐氣、轉爐氣、高爐氣。

1.1 焦爐氣及其應用情況

焦爐氣，又稱焦爐煤氣，是指用幾種煙煤配制成煉焦用煤，在煉焦爐中經過高溫干餾后，在產出焦炭和焦油產品的同時所產生的一種可燃性氣體，是煉焦工業(yè)的副產品。焦爐氣是混合物，其產率和組成因煉焦用煤質量和焦化過程條件不同而有所差別，每生產一噸焦炭副產90～420立方米焦爐氣。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%）、氮氣（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、氮氣、氧氣為不可燃組分。焦爐氣是鋼廠三種尾氣中利用率最高的尾氣，由于焦爐氣相對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；另外焦爐氣含氫氣量高，分離后用于冷軋鋼的保護氣。目前許多焦炭廠生產的焦爐氣通過轉化可作為合成甲醇的原料氣，還有部分焦炭廠家利用焦爐氣生產液化天然氣，剩余的氣體用于合成化工產品。在鋼鐵廠焦爐氣中重組分焦油、芳烴等被分離作為產品銷售，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 轉爐氣及其應用情況

轉爐煉鋼過程中，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。每生產出一噸鋼副產40～100立方米轉爐氣，全國一年若以5億噸鋼產量來計算，將會產生約500億立方米的轉爐氣?；厥盏捻敶笛蹀D爐氣含一氧化碳60～80%，二氧化碳15～20%，以及氮、氫和微量氧。轉爐氣的熱值約為1800 Kcal/Nm³。轉爐氣的發(fā)生量在一個冶煉過程中并不均衡，成分也有變化。通常將轉爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個儲氣柜，混勻后再輸送給用戶作為燃氣使用。

1.3 高爐氣及其應用情況

高爐氣為煉鐵過程中產生的副產品，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，現代的煉鐵生產普遍采用大容積、高風溫、高冶煉強度、高噴煤粉量的生產工藝，采用這些先進的生產工藝提高了勞動生產率并降低能耗，但所產的高爐氣熱值更低，增加了利用難度。高爐氣中的CO₂、N₂既不參與燃燒產生熱量，也不能助燃，相反還吸收大量的燃燒過程中產生的熱量，導致高爐氣的理論燃燒溫度偏低。高爐氣的著火點并不高，表面上不存在著火的障礙，但在實際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的溫度必須遠大于著火點，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。每生產出一噸生鐵副產1700～2000立方米高爐氣，全國一年若以5億噸生鐵產量來計算，將會產生約1萬億立方米的高爐氣。目前隨著蓄熱式軋鋼加熱爐技術及高爐氣蒸汽聯合循環(huán)發(fā)電技術的推廣，鋼廠中高爐氣放散量逐漸減少，但對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。

綜上所述，在鋼廠中無論是焦爐氣、轉爐氣還是高爐氣的利用，幾乎全部是作為燃燒氣使用，而實踐中除焦爐氣作為燃燒氣使用時具有較高的熱效率外，轉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，這不僅增加了全球的溫室效應，危害了環(huán)境，還造成資源的嚴重浪費。

2 技術路線

分析焦爐氣、轉爐氣和高爐氣組成可以發(fā)現，焦爐氣中含有大約60%的氫氣，轉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。

本文提出的鋼廠尾氣綜合利用技術路線如下：

通過深冷技術與變壓吸附技術結合分離焦爐氣中的氫氣，焦爐氣中高熱值組分CH₄可以液化作液化天然氣產品，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)內部使用，氫氣作為化工合成的原料。高爐氣或轉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路線圖

3 產品應用

通過本技術路線能夠得到氫氣產品氣、一氧化碳產品氣、甲烷產品氣，其中氫氣產品氣和一氧化碳產品氣可作為合成化工原料的原料氣，甲烷產品氣可液化為天然氣或作為燃料使用。產品氣CO和H₂目前可以實現合成的化工產品包括甲醇、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

    本技術路線能夠綜合利用焦爐氣、轉爐氣、高爐氣，實現鋼廠尾氣的平衡利用，提純焦爐氣中氫氣，濃縮高爐氣和轉爐氣中一氧化碳，為實現鋼廠尾氣轉化為化工產品邁出了關鍵一步。能夠為鋼鐵企業(yè)實現“節(jié)能減排、低碳煉鋼”的企業(yè)目標做出巨大貢獻。