鋼鐵行業(yè)碳捕集技術(shù)的典型應(yīng)用

龔?qiáng)J彰，黃秀玉

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223）

隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，人類對(duì)化石能源的消耗速率不斷加快，溫室氣體CO2的釋放隨之大量增加。根據(jù)國(guó)際能源署（ⅠEA）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球能源利用和工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的CO2排放量在2021年已達(dá)到36.3 Gt，相比1990 年增長(zhǎng)超過(guò)69%[1]。為了遏制全球升溫速率，國(guó)際社會(huì)相繼達(dá)成了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》、《京都議定書》和《巴黎協(xié)定》等國(guó)際協(xié)議，包括中國(guó)在內(nèi)的數(shù)百個(gè)國(guó)家提出了“碳中和”目標(biāo)。鋼鐵工業(yè)是能源消耗大戶，鋼鐵冶煉過(guò)程是CO2排放的主要來(lái)源之一[2]。中國(guó)作為世界最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，鋼鐵行業(yè)的低碳化轉(zhuǎn)型對(duì)于實(shí)現(xiàn)“碳中和”具有重要意義。碳捕集技術(shù)將CO2從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用等過(guò)程產(chǎn)生的煙氣中分離和富集，并進(jìn)行封存或進(jìn)一步利用，是一項(xiàng)創(chuàng)新的，而且直接有效的碳減排措施，近年來(lái)受到了鋼鐵行業(yè)的廣泛關(guān)注[3]。

歐洲超低二氧化碳鋼鐵冶煉項(xiàng)目（ULCOS 項(xiàng)目）從2004 年啟動(dòng)，旨在將鋼鐵冶煉工藝產(chǎn)生的碳排放量減少50%，最終選取了4 項(xiàng)最具可持續(xù)性的技術(shù)進(jìn)行深入研究，包括高爐爐頂煤氣循環(huán)工藝（TGR-BF）、新型熔融還原工藝（HⅠsarna）、新型直接還原工藝（ULCORE）和電解鐵礦石工藝。其中，前3項(xiàng)工藝均考慮與碳捕集技術(shù)相結(jié)合。韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵從2006 年開始對(duì)高爐煤氣進(jìn)行碳捕集研究；2008 年，日本COURSE50 國(guó)家研究項(xiàng)目啟動(dòng)，日本鋼鐵企業(yè)開展了一系列研究，以減少鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的碳排放，碳捕集技術(shù)是其中的主要研究方向之一；2016 年，阿聯(lián)酋鋼鐵公司建設(shè)了世界上第一例大型商業(yè)碳捕集項(xiàng)目；近年來(lái)，新疆八一鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“八一鋼鐵公司”）、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“首鋼京唐公司”）等中國(guó)鋼鐵企業(yè)率先將碳捕集技術(shù)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，開展了良好的工業(yè)示范。

鑒于國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)碳捕集技術(shù)開展了大量研究，本文對(duì)化學(xué)吸收法、物理吸收法、物理吸附法以及膜分離法4種主要的碳捕集方法進(jìn)行概述和對(duì)比，重點(diǎn)總結(jié)碳捕集技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的典型應(yīng)用案例，旨在促進(jìn)碳捕集技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中的推廣實(shí)施，助力鋼鐵行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

1 CO2捕集方法概述

1.1 化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法的原理是利用化學(xué)吸收劑與煙氣中的CO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成不穩(wěn)定物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)CO2的捕集，之后通過(guò)逆向反應(yīng)分離出CO2，并實(shí)現(xiàn)吸收劑的再生[4]。常見的化學(xué)吸收劑包括：一級(jí)胺、二級(jí)胺、三級(jí)胺、氨水和混合吸收劑等，新型的化學(xué)吸收劑包括：相變吸收劑、離子液體吸收劑和非水吸收劑等[5]。

化學(xué)吸收法具備反應(yīng)速率快、效率高和處理容量大等優(yōu)點(diǎn)，是目前技術(shù)最成熟的CO2捕集方法，在火力發(fā)電、化工行業(yè)等領(lǐng)域的碳捕集示范工程中得到了廣泛應(yīng)用。自開發(fā)以來(lái)，化學(xué)吸收法普遍存在吸收劑再生能耗高、吸收劑再生損失大以及吸收劑對(duì)系統(tǒng)的腐蝕性強(qiáng)等問(wèn)題。因此，對(duì)化學(xué)吸收劑進(jìn)行創(chuàng)新性研發(fā)是推動(dòng)化學(xué)吸收法在鋼鐵行業(yè)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.2 物理吸收法

物理吸收法的原理是利用混合氣體中CO2和其他組分在物理吸收劑（如有機(jī)溶劑）中的溶解度差異，對(duì)CO2進(jìn)行溶解捕集，之后采用降壓閃蒸或常溫氣提的方法實(shí)現(xiàn)物理吸收劑的再生。目前常見的物理吸收法包括：低溫甲醇洗法、碳酸丙烯酯法和聚乙二醇二甲醚法等[6]。物理吸收劑的再生過(guò)程不需要加熱，具備吸收劑再生能耗低的優(yōu)點(diǎn)[7]。但是，由于CO2氣體在溶劑中的溶解規(guī)律符合亨利定律，該方法僅適用于CO2分壓較高的混合氣體；并且物理吸收劑本身容易受SO2、NOx等氣體的影響而失效，因此物理吸收法的推廣應(yīng)用存在較大的局限性。

1.3 物理吸附法

物理吸附法的原理是基于分子間弱相互作用以及范德華力[8]，利用多孔固體對(duì)混合氣體中的CO2進(jìn)行優(yōu)先選擇吸附捕集，之后通過(guò)降壓或加熱等方式，對(duì)CO2進(jìn)行解吸，并使吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。與化學(xué)吸收法相比，該方法能耗較低、對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕性，但是吸附劑容易被水汽污染，普遍效率偏低。根據(jù)吸附-解吸原理的不同[9]，物理吸附法主要可以劃分為：變壓吸附法（PSA）、變溫吸附法（TSA）和變電吸附法（ESA）。目前開發(fā)的吸附劑主要有[10]：沸石（13X、4A和5A等）、活性氧化鋁、碳基材料（多孔活性炭、石墨烯和碳納米管等）、金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）和高分子固體胺。

1.4 膜分離法

膜分離法的原理是借助膜兩側(cè)的壓力差，以及混合氣體中CO2和其他組分在膜中的滲透性差別，實(shí)現(xiàn)CO2的分離捕集。該方法具有設(shè)備體積小、能耗低、易操作的優(yōu)點(diǎn)，但是膜材料長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性通常較差，有待進(jìn)一步研發(fā)高性能的膜組件。依據(jù)膜材料對(duì)CO2分離原理的不同，目前已開發(fā)的膜材料主要有4 類，包括：聚合物有機(jī)膜、促進(jìn)傳遞膜、無(wú)機(jī)膜和混合基質(zhì)膜。

聚合物有機(jī)膜利用了溶解-擴(kuò)散機(jī)理，典型的膜材料包括：聚砜、聚酰亞胺和聚碳酸酯等[11]。促進(jìn)傳遞膜在溶解-擴(kuò)散機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過(guò)在膜上增加載體的方式，增添了主動(dòng)轉(zhuǎn)移機(jī)制，從而提高了膜材料對(duì)CO2的滲透性和選擇性[12]。無(wú)機(jī)膜捕集原理為分子篩分機(jī)理，典型膜材料包括：硅膜、沸石膜、碳膜和MOFs膜等，具備耐高溫、耐高壓的特性[13]?；旌匣|(zhì)膜由有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料共同制備而成，一般是將無(wú)機(jī)顆粒嵌入有機(jī)聚合物基質(zhì)中，有機(jī)和無(wú)機(jī)兩相的結(jié)合使得膜材料具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且很好地提高了膜材料對(duì)CO2的分離性能[14]。

碳捕集技術(shù)早期主要應(yīng)用于電力、石化等行業(yè)，已有較多成熟的應(yīng)用示范工程。鋼鐵企業(yè)中的焦化、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐以及石灰窯等工序產(chǎn)生的煙氣中的CO2濃度通常較低，且含有顆粒物、SO2以及NOx等多種成分?？紤]到物理吸收法僅適用于高濃度CO2的捕集，且物理吸收劑易受煙氣雜質(zhì)污染，膜分離法目前長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性較差等原因，鋼鐵行業(yè)碳捕集方法目前主要采用的是化學(xué)吸收法和物理吸附法。4種主要的CO2捕集方法的捕集原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用案例見表1。

表1 4種主要的CO2捕集方法的捕集原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用案例Table 1 Capture principles， advantages and disadvantages and application cases of four main CO2 capture methods

2 鋼鐵行業(yè)化學(xué)吸收法碳捕集技術(shù)應(yīng)用

化學(xué)吸收法作為最成熟的一項(xiàng)碳捕集技術(shù)，日本新日鐵住金公司、韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司早在21世紀(jì)初就開始了相關(guān)研究，開發(fā)的化學(xué)吸收劑分別為有機(jī)胺和氨水，并應(yīng)用于高爐煤氣的碳捕集。近年來(lái)，中國(guó)八一鋼鐵公司響應(yīng)國(guó)家低碳政策相關(guān)要求，將醇胺化學(xué)吸收法創(chuàng)新性應(yīng)用于歐冶爐煤氣碳捕集，取得了較好成效。本章主要綜述以上3 例應(yīng)用。此外，日本JFE 鋼鐵公司曾經(jīng)開發(fā)過(guò)一種烷基銨鹽化學(xué)吸收劑，阿聯(lián)酋鋼鐵公司將傳統(tǒng)的單乙醇胺（MEA）化學(xué)吸收劑應(yīng)用于直接還原鐵工藝煙氣中CO2的捕集。

2.1 ESCAP工藝

為了降低碳捕集的能耗，新日鐵住金公司開發(fā)了ESCAP（Energy saving CO2absorption process）工藝，其工藝流程見圖1。如圖1 所示，原料氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入吸收塔，與貧液吸收劑反應(yīng)后得到凈化氣和富液吸收劑；富液進(jìn)入再生塔，通過(guò)再沸器加熱后分離出CO2并再生為貧液，而后送回吸收塔循環(huán)使用。該工藝在開發(fā)過(guò)程中先后在日本君津廠設(shè)置了CAT-1和CAT-30兩套裝置進(jìn)行試驗(yàn)。CAT-1試驗(yàn)裝置的CO2捕集能力為1 t/d，主要用于對(duì)吸收劑的基本性能進(jìn)行評(píng)估。CAT-30 試驗(yàn)裝置的CO2捕集能力為30 t/d，主要用于長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性和吸收劑腐蝕性研究，原料氣采用高爐煤氣。

圖1 ESCAP工藝流程[19]Fig.1 ESCAP process flow[19]

ESCAP 工藝采用的化學(xué)吸收劑是新日鐵住金公司與日本地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的一種新型胺液（RN 吸收液）。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)9000 h 的試驗(yàn)，新型胺液對(duì)設(shè)備的腐蝕明顯小于傳統(tǒng)吸收劑MEA；并且該工藝可實(shí)現(xiàn)吸收劑的低溫再生，在95 °C 的再生溫度下，CO2的回收率為90%，CO2捕集能耗從常規(guī)工藝的4.0 GJ/t降低到2.3 GJ/t，降幅達(dá)42.5%[19]。

ESCAP工藝使用的新型胺液對(duì)吸收塔、再生塔等設(shè)備的腐蝕性極低，保障了長(zhǎng)期運(yùn)行的安全穩(wěn)定；新型胺液低溫再生的特性使得捕集能耗相比常規(guī)工藝大幅降低。這兩大優(yōu)點(diǎn)針對(duì)性地解決了阻礙化學(xué)吸收法應(yīng)用的兩大難題，促進(jìn)了ESCAP工藝的落地建設(shè)。2014年，利用該工藝在日本室蘭制鐵廠建成了一套CO2捕集能力為120 t/d 的設(shè)備，捕集的CO2純度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）能達(dá)到99.9%[20]。

2.2 氨水化學(xué)吸收工藝

韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司從2006 年開始進(jìn)行高爐煤氣的CO2捕集實(shí)驗(yàn)，采用的方法為氨水化學(xué)吸收法。2008 年建成了高爐煤氣（BFG）處理能力為50 m3/h的試驗(yàn)設(shè)備，2011年又設(shè)計(jì)了處理能力為1000 m3/h的中試工廠[21]。該技術(shù)的工藝流程見圖2。如圖2所示，在吸收塔內(nèi)，氨水與高爐煤氣中的CO2反應(yīng)，形成CO2富液（碳酸銨或碳酸氫銨溶液），富液進(jìn)入汽提塔內(nèi)，通過(guò)再沸器提供的熱量，在80~85 °C 的較低溫度下分解，分離出CO2，貧液返回吸收塔內(nèi)。吸收塔和汽提塔的上部設(shè)置洗滌水，以去除出口氣體中的氨，含有氨的洗滌水通過(guò)廢液罐收集后送至濃縮塔，通過(guò)再沸器供熱將氨水進(jìn)行濃縮。

圖2 氨水化學(xué)吸收工藝流程[22]Fig.2 Ammonia chemical absorption process flow[22]

研究人員分別選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、7%和9%的3 種氨水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，氨水的再生溫度分別為87 °C、83 °C和78 °C，遠(yuǎn)低于MEA溶液的再生溫度120 °C，且CO2捕集率均能達(dá)到90%[22]。與傳統(tǒng)MEA 化學(xué)吸收法相比，氨水化學(xué)吸收法在吸收能力、再生能耗、成本和對(duì)設(shè)備的腐蝕性等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)。但由于NH3分子量小、飽和蒸氣壓高，氨本身存在易蒸發(fā)、損耗高的缺點(diǎn)。因此，抑制吸收劑的蒸發(fā)損失成為氨水化學(xué)吸收法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，目前常用的方法為水洗法，投加抑制氨蒸發(fā)的添加劑材料等。

2.3 醇胺化學(xué)吸收工藝

八一鋼鐵公司在熔融還原煉鐵爐（COREX 爐）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量的技術(shù)升級(jí)，改造為八鋼歐冶爐，并對(duì)其產(chǎn)生的煤氣進(jìn)行CO2捕集。技術(shù)人員在工藝指標(biāo)、工程投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面，對(duì)PSA法和醇胺（NCMA）化學(xué)吸收法兩種工藝進(jìn)行了充分比較。結(jié)合歐冶爐的實(shí)際運(yùn)行工況，最終選用了醇胺化學(xué)吸收法進(jìn)行CO2的脫除，工藝流程見圖3。如圖3 所示，歐冶爐煤氣經(jīng)過(guò)降溫洗滌塔降溫至45 °C 后，進(jìn)入吸收塔內(nèi)與醇胺溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)碳捕集，反應(yīng)后的富液在常解塔、汽提塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)再生，得到的半貧液、貧液重新返回吸收塔中部和上部，系統(tǒng)所需熱量由低壓蒸汽源通過(guò)再沸器提供。

圖3 NCAM化學(xué)吸收工藝流程[15]Fig.3 NCMA chemical absorption process flow diagram[15]

2020 年，該碳捕集項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一系列調(diào)試，CO2捕集系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定率達(dá)到98%，化學(xué)吸收劑循環(huán)率超過(guò)99%，脫碳后的歐冶爐煤氣CO2濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）低于1%，捕集的CO2純度超過(guò)99%[15]。該系統(tǒng)捕集的高純度CO2擬替代氮?dú)鈶?yīng)用于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部，脫碳后的凈化煤氣回用于歐冶爐，降低了冶煉的燃料比和焦比，從而節(jié)約了冶煉成本，并且有利于降低鐵水中硅含量，提高了鐵水品質(zhì)。

八鋼歐冶爐煤氣中CO2濃度約34%，CO、H2等還原氣體的濃度合計(jì)超過(guò)50%[23]，與高爐煤氣相比，一方面，碳捕集的條件更優(yōu)；另一方面，經(jīng)過(guò)NCMA碳捕集工藝脫碳后的煤氣熱值高、還原性強(qiáng)，具有很高的利用價(jià)值，為鋼鐵行業(yè)實(shí)施碳捕集提供了一個(gè)有益的借鑒方案。

3 鋼鐵行業(yè)物理吸附法碳捕集技術(shù)應(yīng)用

物理吸附法中，PSA 由于適用范圍廣、能耗低和投資省等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)領(lǐng)域優(yōu)先考慮的一項(xiàng)碳捕集技術(shù)。本章主要綜述JFE 鋼鐵公司、首鋼京唐公司開發(fā)應(yīng)用的物理吸附法碳捕集工藝。此外，瑞典呂勒奧鋼廠曾經(jīng)將實(shí)驗(yàn)高爐和PSA 碳捕集裝置相結(jié)合，對(duì)TGR-BF工藝進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.1 PSA工藝

為了降低CO2的捕集成本，JFE 鋼鐵公司進(jìn)行了PSA工藝的開發(fā)。研究人員挑選了13種吸附劑，分別研究了高爐煤氣的4 種主要成分（CO2、CO、N2和H2）的吸附等溫線，并且通過(guò)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)吸附劑性能進(jìn)行比選。指標(biāo)A 為PSA 吸附過(guò)程中吸附的CO2量與解吸過(guò)程中吸附劑中殘留的CO2量之差，即工作容量。指標(biāo)B 為CO2與其他氣體（CO、N2和H2）的吸附量之比，是吸附劑選擇性的指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)室階段模擬了高爐煤氣（22% CO2、21% CO、54% N2和3% H2，百分?jǐn)?shù)均為體積分?jǐn)?shù)）進(jìn)行測(cè)試，最后篩選出ZEOLUM F-9HA（NaX）作為最佳吸附劑。

在實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上，JFE 鋼鐵公司在日本福山廠建設(shè)了一套ASCOA-3 試驗(yàn)設(shè)備，工藝流程見圖4。如圖4所示，原料氣采用高爐煤氣，通過(guò)氣體冷卻器以降低煙氣含水量，然后通過(guò)填充硅膠和氧化鋁凝膠的除濕塔，將露點(diǎn)降低至-60 °C；干燥并脫硫后的氣體引入CO2吸附塔，每個(gè)塔依次重復(fù)吸附、洗滌、解吸，吸附工序的尾氣儲(chǔ)存在緩沖罐中，然后送至CO 吸附塔用于回收可燃?xì)怏w，解吸過(guò)程中回收的CO2在CO2罐中測(cè)量回收量和純度。試運(yùn)行結(jié)果表明，CO2回收量≥ 3 t/d，CO2回收率≥ 80%，回收的CO2純度≥ 90%，均能滿足設(shè)定值[24]。

圖4 ASCOA-3工藝流程[24]Fig.4 ASCOA-3 process flow[24]

為了降低成本，研究人員探索了兩個(gè)優(yōu)化方向：第一，將回收的CO2與原料高爐煤氣循環(huán)混合，提高原料氣中CO2的濃度；第二，在滿足CO2回收純度設(shè)定值的前提下，盡量縮短吸附劑的循環(huán)時(shí)間。結(jié)果表明，試驗(yàn)條件優(yōu)化后，CO2回收量顯著提高，真空泵單位電耗大幅下降。綜合考慮設(shè)備建設(shè)成本、真空泵的耗電量和用于除濕塔再生的蒸汽量等，研究人員判定，該技術(shù)的CO2捕集成本可以控制在2000 JPY/t[25]。

JFE鋼鐵公司開發(fā)的PSA工藝包括了兩級(jí)變壓吸附，一級(jí)變壓吸附實(shí)現(xiàn)了CO2的捕集，二級(jí)變壓吸附保證了高純度CO的回收；同時(shí)，該工藝通過(guò)優(yōu)化調(diào)整原料氣CO2濃度、循環(huán)時(shí)間兩個(gè)參數(shù)，探索出了較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行條件，對(duì)鋼鐵行業(yè)應(yīng)用PSA碳捕集技術(shù)具有重要的參考價(jià)值。

3.2 TSA + PSA工藝

首鋼京唐公司開發(fā)建設(shè)了國(guó)內(nèi)首個(gè)石灰窯煙氣CO2捕集系統(tǒng)，工藝流程見圖5。如圖5 所示，為了避免煙氣中粉塵對(duì)吸附劑的影響，將白灰窯煙氣首先進(jìn)行精除塵處理，并將煙氣溫度降至室溫；之后送入TSA凈化塔中去除水分、二氧化硫和氮氧化物，以防止硫酸、硝酸的形成，避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕；凈化后的氣體進(jìn)入PSA 凈化塔中吸附提純，回收的CO2氣體濃度可達(dá)到約94%；為進(jìn)一步提高CO2的濃度，之后進(jìn)行加壓液化提濃處理，使CO2濃度達(dá)到99.8%以上[17]，高純度CO2經(jīng)過(guò)汽化后儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中。

圖5 首鋼京唐公司白灰窯煙氣CO2捕集工藝流程Fig.5 CO2 capture process flow for lime kiln flue gas of Shougang Jingtang

石灰窯煙氣中CO2濃度約為22%，研究人員通過(guò)煙氣循環(huán)燃燒技術(shù)、使用純轉(zhuǎn)爐煤氣作為石灰窯燃料，以及優(yōu)化石灰窯運(yùn)行過(guò)程的配風(fēng)等方式，可進(jìn)一步提高石灰窯尾氣中CO2濃度，從而降低捕集成本。目前，該捕集系統(tǒng)規(guī)模為5 × 104t/a，捕集的CO2創(chuàng)新性地應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐CO2-O2混合噴吹。CO2與鐵水中的碳元素反應(yīng)會(huì)生成CO，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的質(zhì)量，增加了冶金攪拌動(dòng)能，降低了爐渣鐵含量。同時(shí)，由于此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，會(huì)降低冶煉火點(diǎn)區(qū)溫度，從而減少粉塵的產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CO2-O2混合噴吹技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉的噸鋼CO2排放減少18.23 kg[26]。

在傳統(tǒng)的PSA工藝基礎(chǔ)上，首鋼京唐公司開發(fā)的碳捕集工藝?yán)肨SA 深度凈化塔對(duì)石灰窯煙氣進(jìn)行了除濕、脫SO2和脫NOx等前處理；考慮到PSA捕集的CO2純度不足，又增加了液化提濃處理，以便將CO2進(jìn)一步應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐工序，在鋼鐵企業(yè)內(nèi)形成了良性的碳元素循環(huán)，是一項(xiàng)具備創(chuàng)新性的低碳環(huán)保舉措。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

本文分析了4 種主要碳捕集方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)等，說(shuō)明了鋼鐵行業(yè)當(dāng)前選擇化學(xué)吸收法和物理吸附法的原因，并綜述了這兩種方法在國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)的典型應(yīng)用。針對(duì)化學(xué)吸收法能耗高、腐蝕性等問(wèn)題，鋼鐵行業(yè)從開發(fā)低溫再生吸收劑、利用鋼廠內(nèi)低溫余熱等角度，研究了降低化學(xué)吸收劑的再生能耗，并應(yīng)用低腐蝕性吸收劑，確保了設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)于物理吸附法，鋼鐵行業(yè)利用煙氣循環(huán)、改變?nèi)紵龡l件等途徑，提高了煙氣中CO2的濃度，同時(shí)探索了優(yōu)化吸附劑的循環(huán)時(shí)間，在提升捕集效率的同時(shí)進(jìn)一步降低了捕集成本。

鋼鐵行業(yè)對(duì)碳捕集技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用取得了一定進(jìn)展，但整體而言仍處于初級(jí)階段。為了更好地推進(jìn)碳捕集技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，助力鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳中和”，提出以下幾點(diǎn)建議：（1）鋼鐵冶煉工序復(fù)雜，具備多點(diǎn)源排放的特點(diǎn)，建議將碳捕集技術(shù)繼續(xù)推廣應(yīng)用于其中的焦化、燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐和電爐等工序，實(shí)現(xiàn)碳捕集技術(shù)在鋼鐵行業(yè)全工序的落地。（2）積極跟進(jìn)碳捕集相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究，探索新型吸收劑、新型吸附劑以及膜分離技術(shù)，促進(jìn)技術(shù)升級(jí)，加快建設(shè)更多的綜合示范項(xiàng)目。（3）繼續(xù)利用鋼鐵行業(yè)自身特點(diǎn)，促進(jìn)工序余熱余能在碳捕集系統(tǒng)中的應(yīng)用，降低系統(tǒng)能耗水平。（4）深入研究開發(fā)CO2在鋼廠內(nèi)用作噴吹攪拌氣體、保護(hù)氣體和鋼渣礦化氣體等，實(shí)現(xiàn)CO2的資源化綜合利用。