鋼鐵企業煤氣利用的探討

劉 克

（河鋼集團邯鋼邯寶公司，河北 邯鄲 056013）

鋼鐵廠生產過程中在消耗大量能源的同時，也產生了大量的副產煤氣。高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣是鋼廠在生產過程中副產的優質氣體燃料，占企業總能耗的比例很大，是鋼鐵生產過程重要的二次能源。隨著冶金工藝及設備的發展進步，許多鋼廠也隨之加深了對煤氣深度利用的研究，來提高煤氣使用的高效性及經濟性。在煤氣利用過程中，煤氣管道作為鋼廠內的“血管”，普遍存在腐蝕現象，一旦管道腐蝕穿孔、裂縫，煤氣泄漏，極易造出人員一氧化碳中毒，甚至著火、爆炸的嚴重事故，因此，減少煤氣對管道腐蝕是煤氣利用的重要組成部分[1]。

1 鋼廠煤氣深度利用的制約因素

除燃燒利用外，鋼廠煤氣的深度利用還有另一種形式，即化工合成。在我國，除鋼鐵工業外，化工工業也是一項重要的支柱產業，在化工工業中，一氧化碳和氫氣是化工合成的基礎原料，很多化工企業需要通過各種途徑獲取這部分氣源。如果能夠利用鋼廠煤氣中的一氧化碳和氫氣進行化工合成，生產例如甲醇、乙醇、乙二醇類的化工品，實現鋼化聯產的綠色生產模式，可產生比燃燒利用更高的經濟效益和社會效益。由于鋼化聯產需要的一氧化碳純度大于98.5%、氫氣純度大于99.9%，所以鋼廠煤氣深度利用的關鍵在于凈化提純。鋼廠煤氣有利用價值的成分主要是一氧化碳、氫氣和甲烷。鋼廠煤氣最環保和高效的深度利用方式是鋼化聯產，鋼化聯產最關鍵的問題是鋼廠煤氣中一氧化碳和氫氣的分離提純，分離提純過程最困難的環節是高爐、轉爐煤氣中一氧化碳和氮氣的分離，因此一氧化碳和氮氣的分離技術是鋼廠煤氣深度利用的制約因素。

2 鋼廠煤氣深度利用的措施

2.1 轉爐煤氣的利用

作為煉鋼產生的最重要的二次能源，轉爐煤氣有多重用途，主要體現在以下幾個方面：①用于煉鋼烘烤。對于大多數企業來說，轉爐煤氣常用于煉鋼烘烤，在煉鋼車間配置蓄熱式烘烤裝置，可用其烘烤鋼包、中間包和水口等耐材，在進行烘烤時可將轉爐煤氣和高爐煤氣進行混合，以達到節約資源的目的。為了節省天然氣，鋼鐵企業已將轉爐煤氣作為煉鋼烘烤主要介質，替代天然氣作為烘烤介質，為鋼鐵企業帶來了巨大的經濟效益。②用于活性石灰生產。轉爐煤氣可以替代傳統的焦炭和煤粉用于石灰生產，該技術已經十分成熟。③用于化工生產。在回收轉爐煤氣的過程中會產生大量的CO，作為化工生產中重要的材料，CO具有較高的經濟價值，因此將轉爐煤氣用于化工生產的經濟性價比較高。④用于自建電廠發電。該項技術已被國內大多數鋼鐵企業采用，技術已十分成熟，帶來的經濟效益也十分明顯。

2.2 增強技術創新，降低煤氣系統的安全風險

①管理進步。需要加強管理方法，比如說通過扁平化的管理調度方法進行煤氣站所的管理，實行無人值守化制度。對于總廠來說，一定要重視制氫站的管理，另外，其他的煤氣房都需要強化管理，通過集中控制以及無人值守等管理方法，進一步加強管理，讓勞動生產率大幅度提升，并且才能保證整個系統處于安全的狀態。②技術進步。需要合理的使用新技術、新工藝，比如說使用煤氣混合站、自動控制技術加壓機自動控制技術等，尤其是在管理的過程中可以使用集中控制系統，可以保證各種設備處于自動運行的狀態，讓煤氣區域的滯留時間縮短，避免出現安全生產事故[2-4]。

2.3 鋼化聯產模式

鋼化聯產是指以鋼鐵企業高爐、轉爐和焦爐煤氣為原料，經過一系列的凈化分離工藝，提取出一氧化碳、氫氣和甲烷等有價值的原料氣組分，進一步化工合成生產甲醇、乙醇、乙二醇、LNG、燃料氫等高附加的化工產品的過程。鋼化聯產的概念，于20 世紀90 年代由日本和歐洲國家提出，但由于一直無法從高爐和轉爐煤氣中高效提純一氧化碳，鋼化聯產的課題就一直被擱置，直到21 世紀初，高爐和轉爐煤氣中提純一氧化碳的技術瓶頸被我國技術突破后，鋼化聯產項目開始在國內開展。從高爐、轉爐煤氣的高氮氣氛圍中，以經濟的方式分離提純一氧化碳的課題，在國內已被北京北大先鋒科技有限公司突破，利用一氧化碳和一價銅離子分子篩的絡合特性，通過變壓吸附的方式成功地將一氧化碳和氮氣實現高效分離，并且已有成熟工業運行的案例，為鋼化聯產、鋼廠煤氣資源化利用的實施提供了可行性和經濟性基礎[5]。

2.4 煤氣摻燒

煤氣摻燒發電避免了能源的浪費，提高了企業整體能源利用率，可以視為一種余熱余能的利用。根據國家碳市場的相關規定，對于企業余熱余能利用發電的排放因子應按零計算。按照這個思路，對于煤氣摻燒發電機組可以參考碳市場初期對于燃氣電廠的處理方式，燃氣部分不需承擔履約責任。因此，核算鋼鐵企業自備電廠的碳排放量時只需要按照發電行業核算指南計算煤粉燃燒產生的二氧化碳排放。至于配額端，目前國家碳市場發電行業采用基準法進行配額分配。由于煤氣摻燒機組的電量中有一部分是來自煤氣，另一部分來自煤炭，如果按照目前全口徑發電量的配額分配方案，會導致煤氣摻燒機組的配額過量。此外，考慮到煤氣對于發電機組整體發電效率的影響，應對機組供電量進行修正。

2.5 煤氣管道防腐

①提高腐蝕阻力：改進波紋管材質，由316L 升級為254SMo、825 等；煤氣管道及設備材質改為耐腐蝕合金鋼；管道及設備內防腐，隔離內壁與腐蝕成分。②減少酸性物質含量：選用酸性成分含量少的鐵礦石、煤粉等原料；燒結使用低氯助劑、減少或停用脫硫廢水；加堿水洗除酸，降低煤氣中氯、硫含量。但是，煤氣噴堿塔占地面積大、投資高、運行費用大，產生的廢水量大且廢水處理難度大。③阻止液體腐蝕環境形成：減少爐頂打水降溫，減少冷凝水；直接將高溫煤氣送入管網，煤氣管道保溫，阻止冷凝水析出。該類措施對生產工藝條件的要求比較苛刻，很難實現。

3 結語

“綠水青山就是金山銀山”，在國家日益嚴峻的環保高壓態勢下，鋼鐵和化工兩個高污染、高耗能的傳統工業，需要探尋一條綠色轉型的發展之路，將鋼廠煤氣變為化工廠原料氣，是一個大膽而又跨界的創新模式，山東石橫特鋼和山西立恒鋼鐵的工業案例證明了這種模式的可行性，鋼化聯產符合國家綠色可持續的發展戰略。能源是國家工業發展進步的基石，鋼鐵企業若能通過鋼化聯產模式，為國家提供燃料乙醇、燃料氫和LNG 的補充能源，對國家能源安全體系的構建具有深遠意義。