钢铁企业煤气在非冶金行业的综合利用

1、钢铁企业煤气在非冶金行业的综合利用DOI10.13939/jki.zgsc.2016.23.0521 引言在目前市场低迷，钢铁行业进入微利时代甚至亏损的大环境下，降本增效、深挖企业自身潜力是各企业的必修课，对于企业的生存与发展更具有特别重要的意义。作为钢铁企业重要的二次能源副产煤气资源，近年来在回收技术、综合利用方面都取得了长足的进步，多数钢铁厂煤气利用率逐年提高，放散现象得到改善。钢铁企业副产煤气的50%-80卿于各工序燃烧或炉窑加热，剩余部分供自备电厂，多余部分放散，煤气资源占到企业总能耗的比例达到40%左右，是影响生产成本和利润的重要因素。如何做好节能降耗，合理利用能源资源及保护环境等工

2、作，是当前钢铁企业必须解决的问题。2 钢铁企业煤气利用现状2.1 煤气种类钢铁企业副产煤气资源主要包括焦炉煤气（CokeOvenGas，COG、高炉煤气（BlastFurnaceGas,BFG和转炉煤气（Lindz-DonawitzGas,LDG,由于产生工艺不同，这三种煤气的成分和发热值存在较大差异。2.2 煤气利用途径（ 1）根据各用户对燃料热值要求，将大部分高、焦、转炉煤气直接或经过混合、加压后送厂内焦炉、热风炉、工业炉窑等工艺生产用户加热。（ 2）少量焦炉煤气经过净化装置制取净化焦炉煤气送各切割用户，或经过变压吸附装置制取氢气送冷轧车间作保护气。（ 3）各工艺用户使用后，富余的煤气送发

3、电装置（锅炉、CCP喈）o（ 4）少数企业将焦炉煤气用于生产甲醇、合成氨等。2.3煤气利用效率传统的钢铁企业煤气都作为燃料使用，其中焦炉煤气因其发生稳定、热值较高，燃烧后烟气能够达到较高的温度，作为各用户优先使用的介质，经常出现焦炉煤气量不足的情况。近年来随着蓄热式炉窑技术、连铸连轧技术、低发热值煤气发电技术等节能技术的发展，焦炉煤气用量大幅下降，很多厂有大量剩余。剩余煤气采用常规的发电机组利用，其能源转化率只有32%采用发电效率较高的超高压发电机组、CCPPt发电效率可以适当提高37*42%3 钢铁企业煤气在非冶金行业的利用就目前来看，国内煤气用于燃烧外的另外一个利用途径就是作为化工原料。实

4、际生产过程中，这种利用途径又可以具体划分为多种不同的利用方式。下面我们将对钢铁企业煤气作为燃料使用外，在非冶金行业的主要利用方向以及发展现状作具体分析。燃料油3.1 制取氢气焦炉煤气组分本身含有氢气50%以上，是制取氢气的理想原料。焦炉煤气制取氢气的方法主要有深冷法和变压吸附（PSA）法，两种技术均成熟可靠，特别是变压吸附（PSq法，通过简单的吸附分离就可以获得氢气，纯度可达99.99%以上，制氢成本仅相当于电解水成本的1/31/4。国内各大钢厂相继建成了焦炉煤气变压吸附制氢装置，氢气主要用于冷轧罩式炉或连续退火炉，独立焦化企业制取的氢气多用于粗苯加氢精制工艺、煤焦油加氢工艺，以厂内自用为主，

5、用量有限。此外，氢燃料电池是氢气利用的一个重要方向，在日本高纯氢气经液化供应给燃料电池行业，但该产业目前国内尚未发展成熟，氢气的广泛应用受到一定限制。3.2 制取天然气从焦炉煤气的组成看，氢多碳少，从能量利用率看，利用焦炉煤气甲烷化制取天然气，能量利用率可达80%。特别是焦炉煤气分离出H2后，剩余气体中CH4含量提高，热值也提高，使用价值更高。天然气（CNG可作为汽车代用燃料，在公交车和出租车领域，具有很大的吸引力。近年来焦炉煤气制LNG技术逐渐兴起，以目前的市场价格分析，汽油价格走低，焦炉气制天然气的效益减小，但长期来看，油价仍将上行。国外代表性的工艺技术有丹麦托普索甲烷化、英国戴维甲烷化和

6、日本焦炉煤气制LNG技术等。国内在此方面开展工作的有两南化工研究设计院、大连凯特利、上海华西、新奥科技等，全套工艺可全部国产化。3.3 合成氨我国以非无烟块煤为原料合成氨能耗平均水平约1554千克标煤/吨氨，传统焦炉煤气制合成氨能耗约1250千克标煤/吨氨，近年来焦炉煤气制合成氨节能工艺技术的发展，能耗可降至1142千克标煤/吨氨。焦炉煤气制合成氨具有资源利用合理、项目投资少、运行费用低、单位产品成本低等特点，是其他煤制合成氨路线难以比拟的。制取的合成氨可用来制造化学肥料，也作为生产其他化工产品的原料，除液氨本身可作为化学肥料外，农业上使用的氮肥、含氮混合肥和复合肥，都以氨为原料。此外，新工艺

7、还可回收合成弛放气中的氢气，成为制取氢气的最优方法之一。3.4 制取一氧化碳放散高炉煤气可用于化工产品生产，使其再资源化1，利用吸附剂提纯高炉煤气。回收利用其COffiCO2I?有效成分、减少碳排放，必须考虑各种元素的组成和状态，使C、O等元素最优配置，达到最大减排。高炉煤气中的CO含量低，N2含量高，二者的沸点相近，采用变压吸附法PSA(PressureSwingAdsorption)，提纯高炉煤气中的CO时需要研制专门的吸附剂，目前，我国的科研工作者已经取得了一些进展。北大先锋设计的国内首个低热值高炉煤气综合利用工程，可得到纯度70%Z上的CO产品气。日本神户制钢所在加古川厂和神户厂建成的

8、转炉煤气变压吸附法提纯工厂，所产CO度高于99%23.5制取二氧化碳焦炉煤气和转炉煤气含有高达60%的合成气成分，只需采用成熟的PSA(PressureSwingAdsorption)变压吸附工艺，就可将H2和CO分离并提纯出来。转炉煤气在变压吸附分离CO寸还可以得到CO西体产品，CO2ffl途非常广泛，可用于食品加工业、粮食果蔬储存、气肥、超临界萃取剂等。回收高炉产生的CO靖加以有效利用，从而达到减排效果。国内宝钢开展了采用回收的CO缮代僦气用于转炉底吹的研究，也开始了对回收的CO24行固存的技术研究。33.6 制取甲醇和乙醇转炉煤气中CO+CO窗量接近80%在焦炉煤气纯氧转化制甲醇工艺中补

9、充部分转炉煤气可以改善合成气氢碳比，提高转化效果和甲醇产量。2009年四川达钢集团在我国首次成功实现了转炉煤气制甲醇，将转炉煤气净化后用于10万t/a焦炉煤气制甲醇的补炭，年消耗转炉煤气0.26亿m3，甲醇生产成本降低了10%，产量提高了20%。新西兰LanzaTech公司开发出转炉煤气制乙醇技术，将转炉煤气处灰尘和氧气后，可以直接在发酵罐中利用微生物发酵生产乙醇，不受转炉煤气中CO浓度变化及N2、CO2成分的影响。2008年在新西兰钢铁公司建成中试厂，2010年该公司与宝钢金属公司、中国科学院签订了利用钢厂尾气生产燃料乙醇项目合作框架。3.7 其他方面因为焦炉煤气主要成分是氢气、一氧化碳和甲烷，是优质的化工合成原料气，经简单转化，即可成为生产甲酸、尿素、醋酸以及粗苯等基础化工原料。焦炉煤气合成的甲醇进一步可以合成甲醛、烯烃等。转炉煤气含CO较高，是一种优质的化工原料。国内莱钢等企业已经开始研究转炉煤气用于甲酸等化工产品的生产。因此对于转炉煤气富裕的企业，将其用于化工生产也是一个很有潜力的利用途径。4 结论钢铁企业副产煤气的充分回收、合理利用，不仅有利于钢铁厂降低单位产品能耗和污染排放，还可以扩展资源化利用途径，制取清洁燃料、