国外高炉煤气CO2捕捉技术对比分析.docx

国外高炉煤气C02捕捉技术对比分析传统钢铁工业生产过程严重依赖于煤和焦炭等化石燃料，是仅次于电力行业的能耗和C02排放大户。国际能源署的统计结果表明，制造业C02排放量约占全球C02排放总量的40%,其中钢铁工业占制造业C02排放量的27%左右。炼铁系统的能耗占钢铁生产总能耗的70%以上，CO2排放量约占钢铁生产全流程的80%左右，是钢铁工业节能减排的重点环节。坚持高炉精料操作，优化风温、富氧等调剂手段，推进低燃料比操作是炼铁系统降低能耗、减少C02排放的重要措施之一，但减排效果有限。采用碳捕捉结合低碳炼铁技术减少C02直接排放，逐步成为解决钢铁行业碳排放的有效措施。JFE,日本制铁、浦项、安赛乐米塔尔等国外钢铁企业已经开展大量高炉煤气中C02分离捕捉的研究和试验。1JFE物理吸附法分离高炉煤气C02日本JFE钢铁公司在福山厂建立了小型C02捕捉试验设备，其处理能力为3td,高炉煤气处理量约300m3h,采用物理吸附技术路线分离高炉煤气中的Co2。该项目是日本COURSE50计划的子项目之一。高炉煤气经过加压、冷却后，依次经过脱湿塔和脱硫塔，脱除煤气中的水分和硫化物，净煤气进入变压吸附核心处理单元。该单元分为两段，第一段是C02一变压吸附，第二段是C0一变压吸附，分别将C02和CO从煤气中分离出来。分离回收的CO气体是高热值气体燃料，可用于烧结、热风炉及轧钢等工序。2日本制铁化学吸收法分离高炉煤气C02日本制铁在君津厂建造了高炉煤气C02捕集试验装置，处理能力约为100m3h,该试验装置主要由三部分组成：吸收塔、再生塔、再沸器，以及富液与贫液换热系统。吸收塔内采用胺溶液逆向喷淋技术，捕捉进入吸收塔内高炉煤气中的Co2。富含C02的富液经换热后，泵送至再生塔上部进行汽提解吸，释放部分CO2。经汽提解吸后的半贫液进入再沸器，使C02进一步解吸。解吸C02后的贫液经处理后可返回吸收塔循环使用，捕捉到的高浓度C02处理后可用于化工生产、开采石油等。3浦项制铁化学法吸收分离高炉煤气C02与日本制铁化学法不同，浦项制铁采用氨水作为化学吸收剂，基本流程与日本制铁的有机胺法相似，但解吸温度远低于后者。日本制铁采用常规有机胺法，其解吸温度约为120C,而浦项制铁采用氨水法的解吸温度仅为80,使气体解吸过程的能耗大幅度降低。此外，浦项制铁还在研究变压吸附法的高炉煤气C02分离技术，已经搭建了处理能力为lm3h的小型试验平台。4安赛乐米塔尔公司氧气高炉煤气C02分离氧气高炉保气中主要含有Co和C02的混合气,仅含有极少量的氮气。安赛乐米塔尔公司在位于德国勃兰登堡的制厂建设了真空变压吸附设备。在产能为70万吨/年的高炉上投入使用。该项目主要研究高炉炉顶煤气循环工艺及闭环操作的可行性。高炉顶部煤气循环工艺(TCR-BF)是欧盟ULCOS项目的重点技术之一。采用真空变压吸附法提纯CO,吸附尾气为Co2。真空变压吸附相比于变压吸附，尾气杂质解吸得比较彻底，缺点是需要增加动力设备和抽真空设备，固定投资增加,运行费用也会相应增加。5结论C02捕捉工艺可分为燃烧前捕捉、燃烧过程中捕捉及燃烧后捕捉三类,炼铁高炉采用燃烧前捕捉需提前对喷吹煤粉进行改质，采用燃烧过程中捕捉则需要进行全氧喷吹，采用燃烧后捕捉需要采用物理或化学方法从炉顶煤气中捕捉C02,并进行后续处理。C02燃烧后捕捉方法包括溶液或固体吸收剂吸收、固体吸附分离及膜分离。溶液吸收是常见的C02捕捉工艺之一，在C02浓度较低的情况下捕捉效率较高，但易腐蚀设备，再生过程能耗较高，容易产生蒸发损失。采用固体吸收剂对C02进行化学吸收可得到高纯度C02,便于后续处理。固体吸收剂包括碱土金属类及碱金属类，其中氧化钙及硅酸锂是常见的固体吸收剂。氧化钙吸收剂成本低，但吸收能力较低且易烧结，循环使用效果较差；硅酸锂吸收能力较强，循环使用效果好，但受锂资源限制，成本较高。采用固体吸收剂捕捉炉顶煤气中的C02,需开发高性价比固体吸收剂。变压吸附工艺能耗低，操作简便，但操作时需要将炉顶煤气冷却干燥,且缺乏高性价比的吸附材料，捕捉效率较低。膜分离工艺投资少、能耗低，但需前级处理、脱水和过滤，难以得到高纯度的Co2。部分国外钢铁企业已开展高炉煤气C02捕捉研究，主要以燃烧后捕捉工艺为主。JFE采用物理吸附法，日本制铁及浦项制铁采用溶液化学吸收法，安赛乐米塔尔公司则采用氧气高炉与真空变压吸附相结合的工艺方法。目前可用于工业化捕捉的主要是液胺作吸收剂捕捉Co2。