钢铁企业煤气利用的探讨

刘 克

（河钢集团邯钢邯宝公司，河北 邯郸 056013）

钢铁厂生产过程中在消耗大量能源的同时，也产生了大量的副产煤气。高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气是钢厂在生产过程中副产的优质气体燃料，占企业总能耗的比例很大，是钢铁生产过程重要的二次能源。随着冶金工艺及设备的发展进步，许多钢厂也随之加深了对煤气深度利用的研究，来提高煤气使用的高效性及经济性。在煤气利用过程中，煤气管道作为钢厂内的“血管”，普遍存在腐蚀现象，一旦管道腐蚀穿孔、裂缝，煤气泄漏，极易造出人员一氧化碳中毒，甚至着火、爆炸的严重事故，因此，减少煤气对管道腐蚀是煤气利用的重要组成部分[1]。

1 钢厂煤气深度利用的制约因素

除燃烧利用外，钢厂煤气的深度利用还有另一种形式，即化工合成。在我国，除钢铁工业外，化工工业也是一项重要的支柱产业，在化工工业中，一氧化碳和氢气是化工合成的基础原料，很多化工企业需要通过各种途径获取这部分气源。如果能够利用钢厂煤气中的一氧化碳和氢气进行化工合成，生产例如甲醇、乙醇、乙二醇类的化工品，实现钢化联产的绿色生产模式，可产生比燃烧利用更高的经济效益和社会效益。由于钢化联产需要的一氧化碳纯度大于98.5%、氢气纯度大于99.9%，所以钢厂煤气深度利用的关键在于净化提纯。钢厂煤气有利用价值的成分主要是一氧化碳、氢气和甲烷。钢厂煤气最环保和高效的深度利用方式是钢化联产，钢化联产最关键的问题是钢厂煤气中一氧化碳和氢气的分离提纯，分离提纯过程最困难的环节是高炉、转炉煤气中一氧化碳和氮气的分离，因此一氧化碳和氮气的分离技术是钢厂煤气深度利用的制约因素。

2 钢厂煤气深度利用的措施

2.1 转炉煤气的利用

作为炼钢产生的最重要的二次能源，转炉煤气有多重用途，主要体现在以下几个方面：①用于炼钢烘烤。对于大多数企业来说，转炉煤气常用于炼钢烘烤，在炼钢车间配置蓄热式烘烤装置，可用其烘烤钢包、中间包和水口等耐材，在进行烘烤时可将转炉煤气和高炉煤气进行混合，以达到节约资源的目的。为了节省天然气，钢铁企业已将转炉煤气作为炼钢烘烤主要介质，替代天然气作为烘烤介质，为钢铁企业带来了巨大的经济效益。②用于活性石灰生产。转炉煤气可以替代传统的焦炭和煤粉用于石灰生产，该技术已经十分成熟。③用于化工生产。在回收转炉煤气的过程中会产生大量的CO，作为化工生产中重要的材料，CO具有较高的经济价值，因此将转炉煤气用于化工生产的经济性价比较高。④用于自建电厂发电。该项技术已被国内大多数钢铁企业采用，技术已十分成熟，带来的经济效益也十分明显。

2.2 增强技术创新，降低煤气系统的安全风险

①管理进步。需要加强管理方法，比如说通过扁平化的管理调度方法进行煤气站所的管理，实行无人值守化制度。对于总厂来说，一定要重视制氢站的管理，另外，其他的煤气房都需要强化管理，通过集中控制以及无人值守等管理方法，进一步加强管理，让劳动生产率大幅度提升，并且才能保证整个系统处于安全的状态。②技术进步。需要合理的使用新技术、新工艺，比如说使用煤气混合站、自动控制技术加压机自动控制技术等，尤其是在管理的过程中可以使用集中控制系统，可以保证各种设备处于自动运行的状态，让煤气区域的滞留时间缩短，避免出现安全生产事故[2-4]。

2.3 钢化联产模式

钢化联产是指以钢铁企业高炉、转炉和焦炉煤气为原料，经过一系列的净化分离工艺，提取出一氧化碳、氢气和甲烷等有价值的原料气组分，进一步化工合成生产甲醇、乙醇、乙二醇、LNG、燃料氢等高附加的化工产品的过程。钢化联产的概念，于20 世纪90 年代由日本和欧洲国家提出，但由于一直无法从高炉和转炉煤气中高效提纯一氧化碳，钢化联产的课题就一直被搁置，直到21 世纪初，高炉和转炉煤气中提纯一氧化碳的技术瓶颈被我国技术突破后，钢化联产项目开始在国内开展。从高炉、转炉煤气的高氮气氛围中，以经济的方式分离提纯一氧化碳的课题，在国内已被北京北大先锋科技有限公司突破，利用一氧化碳和一价铜离子分子筛的络合特性，通过变压吸附的方式成功地将一氧化碳和氮气实现高效分离，并且已有成熟工业运行的案例，为钢化联产、钢厂煤气资源化利用的实施提供了可行性和经济性基础[5]。

2.4 煤气掺烧

煤气掺烧发电避免了能源的浪费，提高了企业整体能源利用率，可以视为一种余热余能的利用。根据国家碳市场的相关规定，对于企业余热余能利用发电的排放因子应按零计算。按照这个思路，对于煤气掺烧发电机组可以参考碳市场初期对于燃气电厂的处理方式，燃气部分不需承担履约责任。因此，核算钢铁企业自备电厂的碳排放量时只需要按照发电行业核算指南计算煤粉燃烧产生的二氧化碳排放。至于配额端，目前国家碳市场发电行业采用基准法进行配额分配。由于煤气掺烧机组的电量中有一部分是来自煤气，另一部分来自煤炭，如果按照目前全口径发电量的配额分配方案，会导致煤气掺烧机组的配额过量。此外，考虑到煤气对于发电机组整体发电效率的影响，应对机组供电量进行修正。

2.5 煤气管道防腐

①提高腐蚀阻力：改进波纹管材质，由316L 升级为254SMo、825 等；煤气管道及设备材质改为耐腐蚀合金钢；管道及设备内防腐，隔离内壁与腐蚀成分。②减少酸性物质含量：选用酸性成分含量少的铁矿石、煤粉等原料；烧结使用低氯助剂、减少或停用脱硫废水；加碱水洗除酸，降低煤气中氯、硫含量。但是，煤气喷碱塔占地面积大、投资高、运行费用大，产生的废水量大且废水处理难度大。③阻止液体腐蚀环境形成：减少炉顶打水降温，减少冷凝水；直接将高温煤气送入管网，煤气管道保温，阻止冷凝水析出。该类措施对生产工艺条件的要求比较苛刻，很难实现。

3 结语

“绿水青山就是金山银山”，在国家日益严峻的环保高压态势下，钢铁和化工两个高污染、高耗能的传统工业，需要探寻一条绿色转型的发展之路，将钢厂煤气变为化工厂原料气，是一个大胆而又跨界的创新模式，山东石横特钢和山西立恒钢铁的工业案例证明了这种模式的可行性，钢化联产符合国家绿色可持续的发展战略。能源是国家工业发展进步的基石，钢铁企业若能通过钢化联产模式，为国家提供燃料乙醇、燃料氢和LNG 的补充能源，对国家能源安全体系的构建具有深远意义。