二氧化碳捕集與工業(yè)利用相關(guān)技術(shù)及其在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用（一）

摘要：二氧化碳捕集技術(shù)是一項(xiàng)直接且有效的碳減排措施，對我國鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳中和”愿景有著重要推動意義。本文綜述了燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒及化學(xué)鏈捕集4種碳捕集技術(shù)途徑，并概述了燃燒后捕集技術(shù)中物理吸收法、化學(xué)吸收法、吸附分離法、生物法等工藝技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我國鋼鐵行業(yè)碳捕集技術(shù)相關(guān)工藝的運(yùn)用情況，為我國鋼鐵行業(yè)碳捕集技術(shù)的推廣應(yīng)用給出幾點(diǎn)建議，助力我國鋼鐵行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)“碳中和”愿景。

關(guān)鍵詞：CCS；碳捕集；鋼鐵行業(yè)

0 引言

自工業(yè)革命以來，伴隨著世界各國工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，人類對化石燃料的消耗量逐年上升?；剂先紵a(chǎn)生的CO2作為一種溫室氣體，是造成全球變暖問題的因素之一。為應(yīng)對日益嚴(yán)峻的全球氣候變化形勢，《巴黎協(xié)定》提出將全球平均氣溫較前工業(yè)化時期的上升幅度控制在2℃以內(nèi)，并努力限制在1.5℃以內(nèi)。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在《全球升1.5溫度特別報(bào)告》中專門強(qiáng)調(diào)了在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)CO2凈零排放的重要性，提出除碳是實(shí)現(xiàn)凈零排放以及補(bǔ)償超過1.5℃所需的凈負(fù)排放的必要措施，在有限超過或未超過1.5℃的大多數(shù)情景下（有限超過1.5℃指升溫幅度在回降之前曾超過1.5℃），都涉及到CCS（Carbon Capture and Storage）技術(shù)的大量運(yùn)用，唯一無需運(yùn)用CCS的情景則要求人類行為發(fā)生最根本的轉(zhuǎn)變。因此CCS技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)具有重要意義。

CCS技術(shù)主要包括三個環(huán)節(jié)，即對CO2進(jìn)行捕集、運(yùn)輸和封存。其中碳捕集是指將CO2從工業(yè)生產(chǎn)、能源利用或大氣中分離出來的過程，主要分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒和化學(xué)鏈捕集。適合捕集的排放源包括發(fā)電廠、鋼鐵廠、水泥廠、冶煉廠、化肥廠、合成燃料廠以及基于化石原料的制氫工廠等。

鋼鐵行業(yè)作為我國幾大CO2重點(diǎn)控排行業(yè)之一，實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型對實(shí)現(xiàn)我國“碳中和”愿景有著重要意義。其中碳捕集是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型目標(biāo)的重要途徑之一。近年來，我國鋼鐵行業(yè)在節(jié)能降碳領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，在碳捕集技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域也取得了不俗的成績，包括全氧高爐、氫基豎爐在內(nèi)的多項(xiàng)節(jié)能降碳先進(jìn)技術(shù)已在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)得到工程示范和試點(diǎn)應(yīng)用，證明碳捕集相關(guān)技術(shù)在降低鋼鐵行業(yè)CO2排放方面具有一定的可行性。盡管碳捕集在鋼鐵行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景，但依然存在著如高投資、高能耗、高運(yùn)營成本等制約性問題，影響了碳捕集技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的推廣。

本文在現(xiàn)有碳捕集相關(guān)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼鐵行業(yè)碳捕集相關(guān)技術(shù)實(shí)際用于情況，分析碳捕集在我國鋼鐵行業(yè)推廣存在的問題并給出相關(guān)建議，助力鋼鐵行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)“碳中和”愿景。

1 碳捕集技術(shù)

1.1 燃燒前捕集類技術(shù)

燃燒前捕集技術(shù)主要是指燃料燃燒前，將碳從燃料中分離出去，參與燃燒的燃料主要是H2，從而使燃料在燃燒過程中不產(chǎn)生CO2。燃燒前捕集法的工作原理是將化石燃料經(jīng)過汽化爐、水-氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器等，制成H2和CO2再進(jìn)行分離工作。典型的燃燒前捕集過程分成三步：合成氣的制取、水-氣轉(zhuǎn)換、H2/CO2分離。

燃燒前捕集具有較大的降低能耗的潛力，比燃燒后捕集法更具有商業(yè)競爭力，主要優(yōu)點(diǎn)是CO2濃度較高，捕集系統(tǒng)小、能耗低，主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)較為復(fù)雜，其應(yīng)用的典型案例是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（IGCC）。

1.2 燃燒后捕集類技術(shù)

1.2.1 物理吸收法

物理吸收法一般通過加壓下利用有機(jī)溶劑對酸性氣體進(jìn)行吸收和分離。由于過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶劑的再生通過降壓來實(shí)現(xiàn)，只需要極少的再生能量。吸收劑的選擇是該方法的關(guān)鍵因素，所選的吸收劑必須具備良好的CO2溶解度、高沸點(diǎn)、無腐蝕性、無毒、性能穩(wěn)定。典型的物理吸收法有低溫甲醇法（Rectisol法） 、聚乙二醇二甲醚法（NHD法）等。在物理吸收法中，CO2在溶劑中的溶解服從亨利定律，因此物理吸收法比較適用于CO2分壓較高的條件。同時，物理吸收法由于不依靠化學(xué)鍵對CO2進(jìn)行捕集，因此可以避免再生時的大量能耗。

1.2.2 化學(xué)吸收法

化學(xué)吸收法是指化學(xué)溶劑通過與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對二氧化碳進(jìn)行吸收，當(dāng)外部條件如溫度發(fā)生或壓力改變時，使得反應(yīng)逆向進(jìn)行，從而達(dá)到二氧化碳的解吸及吸收劑的循環(huán)再生。典型的化學(xué)吸收法包括醇胺法、熱碳酸鉀法、氨水法、離子液體法、水合物法、相變?nèi)軇┪辗ê外}基吸收法等。

（1）醇胺法

醇胺法包括單乙醇胺法（MEA）及活化N-甲基二乙醇胺法（MDEA）等。其中MEA有非常好的CO2吸收性能，也是出現(xiàn)最早的CO2吸收溶劑，能與CO2發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鹽。MEA與CO2的總反應(yīng)式可寫為：

CO2+2HOCH2CH2NH2+H2O=HOCH2CH2NH+3+HOCH2CH2HNCOO－

MEA吸收CO2是可逆放應(yīng)，溫度在在20～40℃之間時反應(yīng)正向進(jìn)行，為放熱反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到104℃時，反應(yīng)則逆向進(jìn)行，釋放出吸收的CO2，同時使MEA溶液達(dá)到再生利用的目的。

MDEA是一種穩(wěn)定的醇胺，不易發(fā)生降解，并且無毒，在吸收CO2時會生成碳酸鹽。由于氨基甲酸氫鹽的穩(wěn)定性較弱，故分解所需要的能量會大大低于碳酸鹽，MDEA吸收液在低溫條件下就可實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)。

相比傳統(tǒng)MEA法，MDEA捕集CO2的回收率可達(dá)到99%，過程能耗減少約50%，且就相同的處理能力而言，MDEA吸收液減少的循環(huán)量可達(dá)30%～40%，且MDEA與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的氨基甲酸鹽不具腐蝕性。盡管MDEA溶液吸收CO2較之MEA有許多優(yōu)點(diǎn)，但MDEA吸收CO2速率要比MEA慢，故而影響了其在CO2捕集系統(tǒng)中廣泛使用。

（2）熱碳酸鉀法

熱鉀堿溶液法捕集CO2是出現(xiàn)較早的方法之一，經(jīng)過長時間的發(fā)展，活化熱鉀堿法己經(jīng)應(yīng)用到天然氣、制氫等行業(yè)中的脫碳工藝。熱碳酸鉀法脫碳工藝是在熱碳酸鉀溶液中加入一定量的活化劑，加快碳酸鉀與CO2的反應(yīng)速率，并降低堿液面上CO2的平衡分壓，從而提高CO2的吸收速率和氣體凈化度。

（3）氨水法

氨水法是指在NH3-CO2-H2O系統(tǒng)中，氨水與CO2發(fā)生反應(yīng)生成碳酸銨和碳酸氫銨。氨水法碳捕集技術(shù)具有吸收能力強(qiáng)、再生耗能低、吸收劑成本低，不易被氧氣等煙氣組分降解，可同時脫除多種酸性氣體污染物，副產(chǎn)品為化肥或化工產(chǎn)品等特點(diǎn)，但氨逃逸問題依然限制該方法的發(fā)展。

（4）離子液體法

離子液體（ILs）是指由有機(jī)陽離子和無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的、在室溫或低溫下呈液體狀態(tài)的鹽。ILs通常具有有機(jī)陽離子和有機(jī)/無機(jī)陰離子，可按其吸收CO2的機(jī)理將離子液體分為經(jīng)由物理吸收作用吸收相對少量CO2的常規(guī)離子液體和將功能基團(tuán)引入陽離子或陰離子上使離子液體具有能與CO2發(fā)生反應(yīng)的堿性基團(tuán)的功能化離子液體。常見的陽離子型離子液體主要有咪唑型、季銨型、季膦型等，陰離子主要包含鹵素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等。這一類通過物理吸收的方法來捕集CO2，溶劑具有再生耗能低的優(yōu)點(diǎn)。

（5）水合物法

水合物法分離氣體的基本原理是根據(jù)氣體在水合物相和氣相中的組分濃度的差異而進(jìn)行氣體分離，在混合氣形成水合物后，剩余氣相中各氣體濃度和水合物相中各氣體濃度存在顯著差異，易于水合的氣體能夠大量的積累于水合物相，而剩余混合氣中難水合的氣體濃度必然會得到明顯增大。利用水合物法氣體分離技術(shù)可以有效地分離出混合氣中的CO2，目前研究的主要混合氣類型有：烴類混合氣分離、CO2/H2分離、CO2/N2分離、CH4/N2分離、O2/N2分離和CO2/CH4分離等混合氣的分離?？赏ㄟ^加入添加劑（TBAB）來提高水合物的生成溫度、降低形成壓力，并促進(jìn)水合物瞬時大量生成。

（6）相變?nèi)軇┪辗?/p>

相變?nèi)軇┪辗筛鶕?jù)反應(yīng)產(chǎn)物的形態(tài)可將相變?nèi)軇┓譃閮深?。一類是?固相變?nèi)軇┓?，即反?yīng)產(chǎn)物在吸收CO2后以固態(tài)形式析出，經(jīng)分離后熱解再生，吸收劑得以重復(fù)利用。這種再生產(chǎn)物幾乎不包含物理水，從而避免了解吸過程中因水分離而需的大量汽化潛熱，再生過程能耗得以大幅降低。另一類是液-液相變?nèi)軇┓?，即反?yīng)產(chǎn)物在吸收CO2后仍以液相形式存在，但因CO2負(fù)載量不同，貧液和富液分為上下兩層，經(jīng)分離后可將下層的富液送入解吸塔，上層的貧液則返回吸收塔重新使用。與傳統(tǒng)的化學(xué)吸收法相比，由于進(jìn)入解吸塔的富液量大幅減小，再生能耗顯著降低。

（7）鈣基吸收法

鈣循環(huán)吸收法是利用由石灰石或白云石等含鈣礦物所煅燒生成的產(chǎn)物（主要是多孔CaO） 與CO2進(jìn)行碳酸化/煅燒可逆反應(yīng)：

CaO + CO₂ ←→ CaCO₃

在利用鈣基吸收劑進(jìn)行多次循環(huán)吸收CO2的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著循環(huán)次 數(shù)的增加，吸收劑的轉(zhuǎn)化率（由CaO轉(zhuǎn)化為CaCO3逐漸降低，經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)后，鈣基吸收劑的轉(zhuǎn)化率從90% 左右降至7%～8%。因此在循環(huán)過程中，需要不斷地補(bǔ)充新鮮的CaCO3，并排出廢棄的CaO。目前，鈣基吸收劑研究以改性來提高循環(huán)效率為主，研究者們主要從過程反應(yīng)條件（包括吸附劑顆粒粒徑）、吸附劑前體種類、添加劑改性等方面著手，來提高吸附效果，解決吸附劑的燒結(jié)和磨損等制約此方法發(fā)展的問題。

1.2.3 吸附分離法

吸附法是利用固態(tài)吸附劑對混合氣體中的CO2的選擇性可逆吸附來達(dá)到分離回收CO2的目的。CO2吸附法捕集多屬氣固相操作，是利用固體吸附劑對氣相中各組分吸附性能的差異達(dá)到組分間分離的目的。吸附劑通過周期性的溫度或者壓力的變化使CO2分離出來。常用的吸附劑有無機(jī)多孔材料、固體胺、多孔配位骨架材料等幾大類，包括沸石分子篩、炭基材料、硅膠、有機(jī)胺改性介孔分子篩、有機(jī)胺改性多孔炭材料、有機(jī)胺改性硅膠、有機(jī)胺改性其他多孔材料、金屬有機(jī)骨架材料、有機(jī)多孔聚合物等。根據(jù)操作工藝的不同，吸附法可分為變壓吸附法（PSA）、變溫吸附法（TSA）、變壓變溫吸附法（PTSA）、和抽真空再生吸附法（VSA）等。

吸附法工藝過程簡單、屬干法操作過程、運(yùn)行能耗低、回收產(chǎn)品濃度高，與溶劑吸收法、膜分離法、深冷法相比，具有吸附劑易處理、不腐蝕設(shè)備、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。吸附法雖然工藝流程簡單，但存在吸附劑容量有限、要求自動化程度高等限制因素。同時，目前吸附法工藝存在的主要問題是處理負(fù)荷低、吸附劑吸附容量有限、吸附劑消耗量高、同時吸附解吸操作過于頻繁。吸附分離的技術(shù)瓶頸是針對目標(biāo)吸附質(zhì)開發(fā)高效吸附劑，包括加強(qiáng)吸附劑的改性方法研究都是針對特定吸附質(zhì)，提高吸附劑吸附容量的有效措施。

1.2.4 膜法

膜法是利用膜對不同氣體的滲透率差異來進(jìn)行氣體分離。當(dāng)膜的兩邊存在壓力差時，滲透率高的氣體能快速透過薄膜形成滲透氣流，滲透率低的氣體則在薄膜進(jìn)氣側(cè)形成殘留氣體，分別引出兩股氣流則能達(dá)到分離的目的。膜技術(shù)脫除CO2具有能耗低、設(shè)備尺寸小、操作和維護(hù)簡單、兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢。膜技術(shù)脫除CO2主要分為膜分離和膜吸收兩種類型。

膜分離技術(shù)的原理是利用混合氣體中各組分與膜接觸的物理化學(xué)性質(zhì)的差異，從而致使某一種組分最先從膜一側(cè)轉(zhuǎn)移到膜的另一側(cè)。膜分離過程取決于膜的滲透性和選擇性。膜分離適用于含有幾種污染性氣體中，具有一定濃度水平的CO2的分離，同時分離膜對CO2具有較高的選擇性。

膜吸收法工藝是建立在疏水性微孔膜基礎(chǔ)上的氣液接觸過程。膜吸收法中的氣體和吸收液不直接接觸，二者分別在膜兩側(cè)流動，微孔膜本身沒有選擇性，只是起到隔離氣體與吸收液的作用，氣體優(yōu)先填充疏水性內(nèi)的孔道，微孔膜上的微孔足夠大，理論上可以允許膜一側(cè)被分離的氣體分子不需要很高的壓力就可以穿過微孔膜到另一側(cè)，該過程主要依靠膜另一側(cè)吸收液的選擇性吸收達(dá)到分離混合氣體中某一組分的目的。

1.2.5 低溫分離法

低溫分離法（深冷分離系統(tǒng)）即低溫物理系統(tǒng)，通過直接或利用溶劑間接分離得到CO2。通過低溫冷凝CO2，可將CO2與其它氣體組分分離。深冷分離主要應(yīng)用于煙氣中CO2濃度大于90%的碳捕集。由于CH4很難與CO2分離，目前也已開發(fā)特殊工藝用于CH4/CO2的分離過程。H2O的存在會給深冷分離系統(tǒng)帶來一定的反作用，因而煙氣在冷凝前必須進(jìn)行干燥處理。深冷分離通過壓縮和分多階段地冷卻氣體混合物將導(dǎo)致CO2和其它氣體的相變，這一工藝對于組分沸點(diǎn)差異較大的組分氣體而言較為適用。

1.2.6 生物法

生物捕碳主要利用藻類等生物的光合作用需要消耗CO2的機(jī)制，從而達(dá)到碳捕集的效果。在生物法中，微藻具有比C4植物光合速率高、繁殖快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、處理效率高以及易與其它工程技術(shù)集成等優(yōu)點(diǎn)，因而在國內(nèi)外，被廣泛應(yīng)用于煙道氣中CO2的捕集過程中。微藻對CO2固定具有獨(dú)特能力，不僅可以利用大氣中低濃度（體積分?jǐn)?shù)小于1%）的CO2，而且還能在高濃度工業(yè)煙氣CO2（體積分?jǐn)?shù)10%～20%）中生長，具有非常高的適應(yīng)性。一些常見藻種如柵藻、小球藻、螺旋藻等均顯示出良好的固碳性能，能在CO2較高濃度條件下快速生長，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效獲得。

利用森林、土壤、海洋等系統(tǒng)捕集CO2雖然在捕集操作單元具有很高經(jīng)濟(jì)性，但是相對于其它捕集工藝，CO2煙氣的運(yùn)輸成本（管道輸送或者機(jī)械運(yùn)輸?shù)龋O大增加；同時生物法減碳的強(qiáng)度和速度都較低。

1.2.7 電化學(xué)法

電化學(xué)法捕集二氧化碳的原理是利用苯醌在合適的溶劑相（有機(jī)溶劑或離子液體）中做為載體，當(dāng)苯醌被還原或處于荷電狀態(tài)時CO2極易與之結(jié)合，而當(dāng)載體被氧化時CO2可以輕易的被釋放。由于避免了再生的巨大能耗，因此電化學(xué)法是一種極具潛力的新型二氧化碳捕集方法。進(jìn)一步研究和開發(fā)適用于此種氧化還原機(jī)制的載體材料是很有必要的。

1.2.8 酶法

酶法為采用生物酶催化轉(zhuǎn)化CO2，從而實(shí)現(xiàn)CO2捕集脫除。目前，已有較多關(guān)于生物酶催化轉(zhuǎn)化CO2的研究，利用碳酸酐酶（CA酶）將CO2水合生成HCO3-，可進(jìn)一步在Ca2+的參與下以CaCO3的形式固定下來，或是以甲酸脫氫酶（FDH）為催化劑將CO2還原為甲酸，或通過液膜分離使CO2富集。生物酶法是一種有前景的CO2捕集方法，但CA酶價(jià)格昂貴、酶活穩(wěn)定性差、難以重復(fù)回收利用等因素使得該技術(shù)目前缺少工業(yè)化應(yīng)用。

1.3 富氧燃燒技術(shù)

富氧燃燒捕集CO2技術(shù)的原理是通過將高純度的氧氣與循環(huán)煙氣混合后作為氧化劑，在鍋爐中進(jìn)行燃燒。由于進(jìn)入的氧氣濃度較高，因此燃燒產(chǎn)生的煙

氣中CO2的濃度也大大提高。這種高濃度的CO2煙氣經(jīng)過冷凝、凈化等處理后，可直接進(jìn)行壓縮和封存，從而實(shí)現(xiàn)CO2的減排。

1.4 化學(xué)鏈捕集技術(shù)

化學(xué)鏈燃燒是一種創(chuàng)新的燃燒技術(shù)，特點(diǎn)是采用載氧體作為媒介在燃料和氧化物中傳遞氧原子，避免燃料與空氣直接接觸，從而實(shí)現(xiàn)CO2的原位捕集。 其

具體流程為：氧原子通過金屬氧化物載氧體（MeyOx）從空氣反應(yīng)器 （Air，Reactor，AR） 傳輸至燃料反應(yīng)器（Fuel，Reactor，F(xiàn)R），在FR中，氣體燃料通過金屬氧化物的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化，在此過，MyOx被還原為MyOx-1，并在完全燃燒后生成H2O和CO2。通過冷凝水蒸氣，可獲得高純的 CO2，從而簡化了CO2的捕集流程，減少了系統(tǒng)能耗。

2 碳捕集技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

2.1 VPSA工藝

為應(yīng)對碳交易市場壓力，歐盟鋼鐵行業(yè)成立歐洲鋼鐵技術(shù)平臺（European steel technology platform，ESTEP）進(jìn)行煉鋼過程節(jié)能減排的研究，提出爐頂煤氣循環(huán)氧氣高爐（top gas recycling-oxygen blast furnace，TGR-OBF）等節(jié)能減排技術(shù)。TGR-OBF技術(shù)采用純氧噴吹技術(shù)，純氧和煤粉由風(fēng)口噴入高爐，爐頂煤氣經(jīng)除塵后進(jìn)行CO2捕集，脫除CO2的富CO煤氣經(jīng)過升溫和加壓后噴吹回高爐，提升高爐還原率、降低焦比。TGR-OBF技術(shù)采用純氧替換熱風(fēng)，減少了煤氣系統(tǒng)中的氮?dú)猓簹庵械腃O2體積分?jǐn)?shù)從20%提升到約35%，有利于捕集。安賽樂米塔爾公司將TGR-OBF與VPSA相結(jié)合，高爐煤氣經(jīng)過除塵降溫后，通過VPSA技術(shù)分離CO2，脫除CO2的富CO煤氣吹入高爐爐底鼓風(fēng)口，與氧氣、煤粉混合。

2.2 NCMA工藝

中國寶武集團(tuán)以新疆八一鋼鐵原430 m3高爐為基礎(chǔ)，通過技術(shù)升級改造建立 HyCROF工業(yè)規(guī)模級試驗(yàn)平臺，具備全氧冶煉、頂煤氣CO2脫除提質(zhì)、煤氣加熱、噴吹高溫煤氣和富氫冶煉的試驗(yàn)功能。歐冶爐采用熔融還原煉鐵工藝，使用全氧冶煉，通過捕集煤氣中CO2產(chǎn)生富CO的煤氣循環(huán)回高爐，減少焦炭和煤粉的使用量，降低生產(chǎn)成本。其中脫除CO2采用醇胺法NCMA工藝，歐冶爐煤氣加壓至0.85 MPa，在通過管道輸送至CO2吸收塔底部，NCMA溶液從塔上部噴入實(shí)現(xiàn)液體與氣體的逆流接觸吸收，NCMA 溶液濃度控制在30%～40%水平，將冶金煤氣中的CO2含量降到1%以下，解析氣CO2含量超過95%。

2.3 TSA+PSA工藝

首鋼京唐公司針對石灰窯煙氣CO2捕集開發(fā)了“變溫吸附（temperature swing adsorption，TSA）+PSA”技術(shù)，在5萬t/a的捕集裝置上進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證，石灰窯煙氣經(jīng)過TSA技術(shù)脫硫脫硝后，再采用沸石和活性炭作為吸附劑，利用PSA技術(shù)進(jìn)行CO2吸附提純，純化的CO2經(jīng)過加壓液化濃度可達(dá)99%。

2.4 MDEA工藝

由tenova開發(fā)的氣基豎爐HYL/Energiron工藝首先將氣基豎爐爐頂氣脫碳（CO2），然后將脫碳?xì)庋h(huán)用于重整制還原氣。應(yīng)用HYL/Energiron工藝的典型案例為墨西哥的特爾尼翁鋼鐵公司，該公司在墨西哥建設(shè)了兩座采用該工藝的氣基豎爐，通過以胺液為吸收劑的溶液吸收法脫除豎爐煤氣中的CO2，降低了直接還原鐵生產(chǎn)工藝的碳排放。我國河鋼集團(tuán)張宣高科基地氫基豎爐的核心工藝采用HYL/Energiron工藝，項(xiàng)目采用MDEA溶液為吸收劑捕集豎爐煤氣中的CO2。

3 結(jié)論

本文在分析了現(xiàn)有主要碳捕集相關(guān)技術(shù)的工藝原理，指出了各項(xiàng)主流碳捕集技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并綜述了我國鋼鐵行業(yè)碳捕集相關(guān)技術(shù)實(shí)際用于情況。在此基礎(chǔ)上，給出碳捕集在我國鋼鐵行業(yè)推廣的相關(guān)建議如下：

（1）化學(xué)吸收法吸收劑與CO2的結(jié)合能力強(qiáng)，適用于中低CO2濃度的氣源。目前混合有機(jī)胺溶液是應(yīng)用最廣泛的的吸收劑，具有CO2吸收能力強(qiáng)、處理量大、產(chǎn)品氣純度高等優(yōu)勢，但同時有著設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重、再生能耗高等問題，限制了技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。與吸收法相比，吸附分離法具有能耗較低、投資較少的優(yōu)點(diǎn)，適用于CO2濃度高氣源，但存在吸附劑的吸附選擇性較差、分離效果不理想等問題，未來需要加大對高性能吸附材料的研發(fā)投入，增大吸附容量、提高選擇性。

（2）目前鋼鐵行業(yè)碳捕集示范及生產(chǎn)項(xiàng)目多采用變壓吸附工藝路線（VPSA工藝、TSA+PSA工藝等）或醇胺法工藝路線（NCMA工藝、MDEA工藝等），變壓吸附工藝路線與醇胺法工藝路線技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定，但變壓吸附工藝存在處理負(fù)荷低、吸附劑吸附容量有限、吸附劑消耗量高等問題，醇胺法工藝路線存在再生能耗高、腐蝕設(shè)備等問題。因此，提高變壓吸附工藝吸附劑吸附容量，并進(jìn)一步提升鋼鐵企業(yè)余熱余能回收與碳捕集技術(shù)的工藝耦合，是推動碳捕集技術(shù)在我國鋼鐵行業(yè)普及的重要手段之一。

（3）目前我國鋼鐵行業(yè)碳捕集技術(shù)應(yīng)用多集中在高爐、轉(zhuǎn)爐、石灰窯等生產(chǎn)單元，在焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、電爐和鋼鐵加工等生產(chǎn)單元應(yīng)用較少，需加強(qiáng)碳捕集技術(shù)在這些生產(chǎn)單元應(yīng)用的相關(guān)研究工作，實(shí)現(xiàn)碳捕集技術(shù)在鋼鐵行業(yè)全工序的推廣應(yīng)用。在捕集工藝路線選取方面，可根據(jù)CO2濃度的不同選取吸附工藝路線或化學(xué)吸收（MEA、MDEA等）工藝。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陳新明，史紹平，閆姝，等.燃燒前CO2捕集技術(shù)在IGCC發(fā)電中的應(yīng)用［J］.化工學(xué)報(bào)，2014，65（08）：3193-3201.

［2］ 步學(xué)朋.二氧化碳捕集技術(shù)及應(yīng)用分析［J］.潔凈煤技術(shù)，2014，20（05）：9-13+19.

［3］ 魏青，張振濤，王瑞祥，等.醇胺法碳捕集技術(shù)的研究進(jìn)展［J/OL］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，1-13［2024-12-23］.

［4］ 于品華，孔凡敏，趙運(yùn)生.熱鉀堿脫碳活化劑研究進(jìn)展［J］.能源化工，2022，43（05）：20-26.

［5］ 胡道成，王睿，趙瑞，等.二氧化碳捕集技術(shù)及適用場景分析［J］.發(fā)電技術(shù)，2023，44（04）：502-513.

［6］ 宋菁.CO2捕集溶劑吸收法的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2023，43（12）：42-45+50.

［7］ 李淇.水合物法分離沼氣中二氧化碳研究［D］.華南理工大學(xué)，2017.

［8］ 劉志剛.CO2捕集技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.石油與天然氣化工，2022，51（04）：24-32.

［9］ 張有晶.鈣基CO2吸附劑的改性和活化實(shí)驗(yàn)研究［D］.中北大學(xué)，2019.

［10］ 陳久弘，王毅，王愷華，等.二氧化碳捕集用吸附分離技術(shù)及其吸附材料研究進(jìn)展［J］.低碳化學(xué)與化工，2023，48（05）：62-70.

［11］ 谷俊男，邢心語，李磊，等.膜法脫除煙氣中二氧化碳的工藝技術(shù)進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2023，43（S1）：81-84.

［12］ 袁靈成.基于低溫凝華法的二氧化碳捕集技術(shù)理論與實(shí)驗(yàn)研究［D］.浙江大學(xué)，2015.

［13］ 莫壯洪，朱俊英，榮峻峰，等.微藻生物固碳技術(shù)在碳中和中的應(yīng)用及潛在價(jià)值［J］.石油煉制與化工，2024，55（01）：98-111+4.

［14］ 張士漢，邵培靜，葉杰旭，等.基于酶促反應(yīng)的二氧化碳捕集技術(shù)研究進(jìn)展［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2023，37（02）：205-214.

［15］ 李振山，李維成，劉海洋，等.中國化學(xué)鏈燃燒技術(shù)研發(fā)進(jìn)展與展望［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2024，44（18）：7200-7221.

［16］ 邵雁，謝穎，劉子豪，等.鋼鐵行業(yè)碳捕集與利用技術(shù)研究進(jìn)展［J/OL］.發(fā)電技術(shù)，1-12［2024-12-23］.

［17］ 田寶山.八鋼HyCROF工藝?yán)碚撗芯颗c實(shí)踐［J］.新疆鋼鐵，2024，（03）：69-70.

［18］ 田果，王鑫，朱利剛，等.八鋼冶金煤氣脫碳系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)［C］//中國金屬學(xué)會.第十四屆中國鋼鐵年會論文集—3.煉鐵與原料.新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠；中鋼設(shè)備有限公司；，2023：5.

［19］ 龔?qiáng)J彰，黃秀玉.鋼鐵行業(yè)碳捕集技術(shù)的典型應(yīng)用［J］.低碳化學(xué)與化工，2023，48（05）：103-108.

［20］ 范學(xué)峰，何學(xué)坤，趙運(yùn)建，等.鋼鐵行業(yè)碳捕集、利用與封存技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展［J/OL］.低碳化學(xué)與化工，1-11［2024-12-23］.