生物质重整煤气喷吹-氧气高炉的低碳潜力分析

摘要：

我国钢铁行业以高炉-转炉长流程为主,一次能源消耗主要为煤粉与焦炭,化石能源消耗大、碳排放高,其中70％的CO2排放集中在高炉炼铁工序.双碳背景下,亟需研发低碳炼铁技术以降低高炉工艺的能源消耗和CO2排放.提出一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉(BRGI-OBF)工艺流程,该工艺通过优化气化炉工艺参数与生物质替代煤粉重整,产生的重整煤气满足高炉的富氢冶炼需求,并降低了化石能源的使用.结合高炉煤气富氧燃烧碳捕集,可实现末流烟气中CO2富集,从而实现高炉低能耗与低碳(负碳)排放.为分析BRGI-OBF工艺的低碳潜力,首先运用Aspen Plus搭建了 BRGI-OBF 工艺模型,研究了气化炉输入热量与生物质种类对工艺性能的影响.基于计算得到的工艺参数,运用高炉炼铁工艺能耗计算方法,对比分析了传统高炉工艺与炉顶煤气循环-氧气高炉(TGR-OBF)工艺的能耗与碳流情况.结果表明,向气化炉提供适宜的热量可有效减少煤粉用量,同时增加循环煤气量,最多可减少煤粉用量124.2 kg/t(以生铁计);生物质种类对生物质用量与重整煤气的组分产生显著影响,采用杨木半焦进行重整时,杨木半焦用量为204 kg/t,重整煤气中H2体积分数达29.91％,满足富氢冶炼需求.此外,BRGI-OBF工艺显著改善了能源结构,其化石能源占比约55％,与传统高炉相比,降低煤粉消耗17.6％、焦炭消耗29.3％.该工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术后,末流中存在碳素372.6 kg/t,以易于压缩捕集的高浓度CO2(＞90％)形式存在.扣除由杨木半焦造成的碳素排放,总碳素排放为-109.9 kg/t,相当于生产每吨铁水可额外捕集CO2 403 kg,可实现生物质+CCS的负碳技术,为钢铁行业实现深度脱碳提供重要支持.

关键词：钢铁行业、碳中和、低碳技术、生物质、重整煤气喷吹-氧气高炉

所属期刊栏目：30

分类号：TQ53;TK114

资助基金：国家重点研发计划2021YFF0601000

在线出版日期：2024-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：138-149