鋼鐵企業煤氣在非冶金行業的綜合利用

趙紅++賈燕

[摘要]鋼鐵企業副產煤氣資源約占企業耗能總量的40%，合理利用煤氣資源不僅可以提高煤氣利用效率，減少污染排放，還可以節約能源成本。煤氣資源的綜合利用對鋼鐵企業節能降耗有著重要意義。文章從不同角度闡述了鋼鐵企業煤氣（焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣）在非冶金行業的綜合利用現狀，并且對現有的新技術新工藝進行論述，分析了煤氣綜合利用的廣闊前景。

[關鍵詞]煤氣；非冶金行業；綜合利用；鋼鐵企業

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.23.052

1引言

在目前市場低迷，鋼鐵行業進入微利時代甚至虧損的大環境下，降本增效、深挖企業自身潛力是各企業的必修課，對于企業的生存與發展更具有特別重要的意義。作為鋼鐵企業重要的二次能源——副產煤氣資源，近年來在回收技術、綜合利用方面都取得了長足的進步，多數鋼鐵廠煤氣利用率逐年提高，放散現象得到改善。

鋼鐵企業副產煤氣的50%～80%用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，煤氣資源占到企業總能耗的比例達到40%左右，是影響生產成本和利潤的重要因素。如何做好節能降耗，合理利用能源資源及保護環境等工作，是當前鋼鐵企業必須解決的問題。

2鋼鐵企業煤氣利用現狀

2.1煤氣種類

鋼鐵企業副產煤氣資源主要包括焦爐煤氣（Coke Oven Gas，COG）、高爐煤氣（Blast Furnace Gas，BFG）和轉爐煤氣（Lindz-Donawitz Gas，LDG），由于產生工藝不同，這三種煤氣的成分和發熱值存在較大差異。

2.2煤氣利用途徑

（1）根據各用戶對燃料熱值要求，將大部分高、焦、轉爐煤氣直接或經過混合、加壓后送廠內焦爐、熱風爐、工業爐窯等工藝生產用戶加熱。

（2）少量焦爐煤氣經過凈化裝置制取凈化焦爐煤氣送各切割用戶，或經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，富余的煤氣送發電裝置（鍋爐、CCPP等）。

（4）少數企業將焦爐煤氣用于生產甲醇、合成氨等。

2.3煤氣利用效率

傳統的鋼鐵企業煤氣都作為燃料使用，其中焦爐煤氣因其發生穩定、熱值較高，燃燒后煙氣能夠達到較高的溫度，作為各用戶優先使用的介質，經常出現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、低發熱值煤氣發電技術等節能技術的發展，焦爐煤氣用量大幅下降，很多廠有大量剩余。

剩余煤氣采用常規的發電機組利用，其能源轉化率只有～32%，采用發電效率較高的超高壓發電機組、CCPP后發電效率可以適當提高37%～42%。

3鋼鐵企業煤氣在非冶金行業的利用

就目前來看，國內煤氣用于燃燒外的另外一個利用途徑就是作為化工原料。實際生產過程中，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煤氣作為燃料使用外，在非冶金行業的主要利用方向以及發展現狀作具體分析。

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（PSA）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1/3～1/4。

國內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退火爐，獨立焦化企業制取的氫氣多用于粗苯加氫精制工藝、煤焦油加氫工藝，以廠內自用為主，用量有限。此外，氫燃料電池是氫氣利用的一個重要方向，在日本高純氫氣經液化供應給燃料電池行業，但該產業目前國內尚未發展成熟，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、英國戴維甲烷化和日本焦爐煤氣制LNG技術等。國內在此方面開展工作的有西南化工研究設計院、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能工藝技術的發展，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，也作為生產其他化工產品的原料，除液氨本身可作為化學肥料外，農業上使用的氮肥、含氮混合肥和復合肥，都以氨為原料。此外，新工藝還可回收合成弛放氣中的氫氣，成為制取氫氣的最優方法之一。

3.4制取一氧化碳

放散高爐煤氣可用于化工產品生產，使其再資源化[1]，利用吸附劑提純高爐煤氣?；厥绽闷銫O和CO2等有效成分、減少碳排放，必須考慮各種元素的組成和狀態，使C、O等元素最優配置，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（Pressure Swing Adsorption），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取得了一些進展。北大先鋒設計的國內首個低熱值高爐煤氣綜合利用工程，可得到純度70%以上的CO產品氣。日本神戶制鋼所在加古川廠和神戶廠建成的轉爐煤氣變壓吸附法提純工廠，所產CO濃度高于99%。[2]

3.5制取二氧化碳

焦爐煤氣和轉爐煤氣含有高達60%的合成氣成分，只需采用成熟的PSA（Pressure Swing Adsorption）變壓吸附工藝，就可將H2和CO分離并提純出來。轉爐煤氣在變壓吸附分離CO時還可以得到CO2氣體產品，CO2用途非常廣泛，可用于食品加工業、糧食果蔬儲存、氣肥、超臨界萃取劑等。

回收高爐產生的CO2并加以有效利用，從而達到減排效果。國內寶鋼開展了采用回收的CO2替代氬氣用于轉爐底吹的研究，也開始了對回收的CO2進行固存的技術研究。[3]

3.6制取甲醇和乙醇

轉爐煤氣中CO+CO2含量接近80%，在焦爐煤氣純氧轉化制甲醇工藝中補充部分轉爐煤氣可以改善合成氣氫碳比，提高轉化效果和甲醇產量。2009年四川達鋼集團在我國首次成功實現了轉爐煤氣制甲醇，將轉爐煤氣凈化后用于10萬t/a焦爐煤氣制甲醇的補炭，年消耗轉爐煤氣0.26億m3， 甲醇生產成本降低了10%，產量提高了20%。

新西蘭LanzaTech公司開發出轉爐煤氣制乙醇技術，將轉爐煤氣處灰塵和氧氣后，可以直接在發酵罐中利用微生物發酵生產乙醇，不受轉爐煤氣中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，是優質的化工合成原料氣，經簡單轉化，即可成為生產甲酸、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。

轉爐煤氣含CO 較高，是一種優質的化工原料。國內萊鋼等企業已經開始研究轉爐煤氣用于甲酸等化工產品的生產。因此對于轉爐煤氣富裕的企業，將其用于化工生產也是一個很有潛力的利用途徑。

4結論

鋼鐵企業副產煤氣的充分回收、合理利用，不僅有利于鋼鐵廠降低單位產品能耗和污染排放，還可以擴展資源化利用途徑，制取清潔燃料、化工合成等，與非冶金行業形成工業生態鏈，為企業尋找到新的經濟增長點。

近年來，我國對焦爐煤氣的回收利用越來越關注，除了直接用作工業燃料氣、城市燃氣外，各鋼鐵企業根據所在地區的生產成本、產品價格等因素，充分發揮焦爐煤氣的資源潛能，積極采用新技術和新工藝，使焦爐煤氣向著產品附加值高、經濟效益好、多聯產方向發展。

參考文獻：

[1]王立新，李新，許志宏，等.鋼鐵廠煤氣合理利用的探討[J].過程工程學報，2001，1（2）：192-195.

[2]黃德中.塔式太陽能燃氣輪機循環熱發電技術[J].研究紹興文理學院學報，2011，31（7）：38-41.

[3]胡俊鴿，張東麗，曲余玲.煉鐵領域節能減排技術的發展[J].世界鋼鐵，2009（4）：26-31.

[4]范文虎，劉翠玲.山西焦爐煤氣綜合利用技術現狀[J].煤炭加工與綜合利用，2012（5）：46-50.