中國焦爐煤氣綜合利用節能技術 未來三年將迎來項目密集投產期

• 陳博 2023年8月9日 來源：中研網 1397 92
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進一步加強行業關鍵技術、工藝、裝備研發和推廣應用。有效降低能耗、物耗、水耗和污染物排放量，重點是提高余熱回收利用、水循環利用、固廢資源化利用效率，更加注重源頭控制、過程管理和末端治理的有機結合。適應高爐大型化加強高爐用焦特質研究、煉焦用煤研究，尤其要

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我國是全球碳排放量最大的國家，為阻止全球氣溫變暖，中國已向全球承諾，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。在碳達峰、碳中和戰略背景下，焦爐煤氣制天然氣項目建設前景較好。

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焦爐煤氣制天然氣一舉多得，既能提高焦爐煤氣綜合利用率，也能降低天然氣對外依賴度，還能減少二氧化碳排放。目前我國已具備大力發展焦爐煤氣制天然氣的優勢，隨著國家對其重視度提升，未來三年我國焦爐煤氣制天然氣將迎來項目密集投產期。

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進一步加強行業關鍵技術、工藝、裝備研發和推廣應用。有效降低能耗、物耗、水耗和污染物排放量，重點是提高余熱回收利用、水循環利用、固廢資源化利用效率，更加注重源頭控制、過程管理和末端治理的有機結合。適應高爐大型化加強高爐用焦特質研究、煉焦用煤研究，尤其要從可持續發展角度研究焦炭質量提高對煉焦煤資源的需求等問題。堅持產學研相結合的創新機制，切實解決行業企業生存發展中的關鍵技術及配套裝備難題。

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持續推進“兩化”融合。開發焦化工藝流程信息化與智能化技術，提高智能制造水平；推廣自動化、信息化管控技術在焦化行業生產組織與經營管理中的應用，并及時總結先進技術成果和先進管理經驗，求真務實，提高投入產出效果。

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1、焦爐煤氣用作氣體燃料

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焦爐煤氣是優質的中熱值氣體燃料，其熱值為17兆焦~19兆焦/標準立方米，煤氣的主要成分（體積百分比）為氫55%~60%、甲烷23%~27%、一氧化碳5%~8%，含兩個以上的碳原子的不飽和烴2%~4%，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。由于我國油氣資源缺乏，為解決大中城市民用燃氣緊張的問題，20世紀80年代焦爐煤氣曾一度廣泛應用于民用燃氣領城。目前，在天然氣還沒有通達而焦化行業有一定基礎的地區，焦爐煤氣仍是民用煤氣和其他工業生產的主要氣體燃料提供者。如我國景德鎮等地將焦爐煤氣用作陶瓷廠窯爐的加熱燃料，生產出優質的陶瓷制品。此外，焦爐煤氣還可用作水泥和玻璃等工業生產的燃料。

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2、利用焦爐煤氣發電

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由于焦爐普遍采用了高效的煙氣余熱回收技術，約有50%~55%的焦爐煤氣富余，我國許多焦化企業將剩余的焦爐煤氣用于發電。焦爐煤氣發電有三種方式，分別為蒸汽發電（熱電聯產）、燃氣輪機發電和內燃機發電，目前這幾種發電方式在國內均有應用，技術成熟。如果焦化企業與高電耗生產匹配或與發供電企業聯營，且上網電價合適，焦爐煤氣用于發電可作為優先選擇的技術路之一。其運行與管理簡便，生產作業間長，可采取多種方式，企業收益穩定。

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3、利用焦爐煤氣制氫

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焦爐煤氣中的氫含量達55%~60%，是重要的氫資源提供者。目前，焦爐煤氣制氫的主要方法是采用變壓吸附技術（PSA）從冷焦爐煤氣中分離氫氣，該工藝生產的氫氣純度可達99.99%，從上世紀80年代開始，我國寶鋼、鞍鋼、武鋼、本鋼、包鋼等鋼鐵企業先后建設了多套100立方米/時至5000立方米/時、純度為99.999%的焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置，其中投產運行時間最長的一套已達20多年。我國有多家鋼鐵企業采用PSA從焦爐煤氣中分離氫氣，用作軋鋼廠保護性氣體。

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據了解，日本鋼鐵行業每年提供約40億標準立方米氫氣供應給燃料電池行業使用，通過改進工藝，未來其供應量將進一步增加。另外，由于大多數日本鋼廠位于城市中心附近，所以未來城市所需的大部分清潔能源可由鋼廠負責供應。在我國，隨著氫電池開發、應用成本的降低，利用煉焦煤氣提氫將成為焦爐煤氣資源化利用的新亮點。采用煉焦煤氣生產氫氣將是未來煉焦煤氣資源化應用的新途徑。

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4、焦爐煤氣用于生產直接還原鐵

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傳統的煉鐵工業完全依靠碳為還原劑，隨著煉焦煤和焦炭資源的日益短缺，業界正在開發資源節約、環境友好的氫冶金，用焦爐煤氣直接還原鐵是氫冶金重要的應用技術之一。由于氫的還原潛能是一氧化碳的14倍，大力開發焦爐煤氣直接還原鐵，可以大大降低煉鐵過程對煉焦煤和焦炭的消耗。直接還原鐵生產技術的關鍵在于還原性氣體（70%H2和30%C0）的制備，而焦爐煤氣中H2和甲烷含量分別在55%~60%和23%~27%，只需將焦爐煤氣中的甲烷進行裂解（重整）即可獲得74%的H2和25%的CO，以此作為直接還原生產海錦鐵的還原性氣體非常亷價。用焦爐煤氣生產直接還原鐵的研究以HYL-ZR（自重整）希爾工藝技術為基礎，其通過在自身還原段中生成還原氣體而實現最佳的還原效率，因此，該工藝無需使用外部重整爐設備或者其他的還原氣體生成系統。采用HYL-ZR（自重整）希爾工藝用焦爐煤氣生產直接還原鐵的生產成本較低，直接還原鐵的金屬率可達94%。

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5、焦爐煤氣用于高爐噴吹煉鐵

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高爐噴吹含氫介質強化氫還原已成為當今冶煉工藝的熱點。首先，無論從熱力學還是從動力學條件看，高溫下氫作為鐵氧化物的還原劑比一氧化碳更具優勢；其次，氫還原的氣態產物是水蒸氣而不是二氧化碳，故噴吹含氫介質可減少二氧化碳的產生量。煉焦過程中，煤炭72%~78%生成焦炭，15%~18%生成焦爐煤氣。在煉鐵過程中，焦炭的還原當量與焦爐煤氣的還原當量之比為1：1，因為H2的還原潛能與CO的還原潛能之比為14：1。因此，將焦爐煤氣通入高爐中同樣可以煉鐵，相當于提高了煉焦煤資源的利用率，可緩解煉焦煤資源供應緊張的問題。與天然氣相比，焦爐煤氣的還原性能更好。法國、俄羅斯等國已把高爐噴吹焦爐煤氣作為節能減排關鍵技術進行開發，目前我國也已開始了高爐噴吹焦爐煤氣的研究，鋼鐵聯合企業的焦化廠應關注該技術的發展。

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