钢铁高炉煤气的二氧化碳捕集技术研究

发布时间：2020-07-24 19:13

【摘要】：中国钢铁行业CO2排放量巨大,钢铁行业中主要的CO2排放源为高炉煤气,高炉煤气的Co2捕集对工业碳减排非常重要。本研究结合高炉煤气组成特点,分析了烟气的理化性质对捕集技术的影响,结合捕集技术原理和工艺特点从捕集产物的物理化性质、捕集材料的环境效益、操作运行条件、捕集工艺特征四个方面对捕集技术的特点进行分析,优选了膜分离法作为高炉煤气的碳捕集方法。在此基础上,将膜分离法与低温深冷技术进行整合,研究了高炉煤气的膜与低温深冷集成捕集技术。本研究采用PROII软件对膜分离法、膜与低温深冷集成技术进行了模拟,研究了高炉煤气中CO2在捕集过程中,捕集纯度、捕集率、捕集能耗等参数变化规律。在获得相同Co2分压液态产物条件下,对比分析了膜——低温深冷集成工艺和膜分离工艺捕集性能特征。研究表明:一种对CO2具有优先渗透性且遵循溶解扩散原理的膜材料捕集高炉煤气时,单级膜分离工艺难以同时达到高捕集纯度和高捕集率的捕集目标,温度的降低可以提升膜组件捕集CO2的纯度,但是会降低CO2的捕集率。当膜组件两侧压力比和渗透气CO2纯度也相同时,进料气压力越大CO2捕集能耗越大但膜面积越小。增加膜组件两侧的压力比可以同时增加CO2的捕集纯度和捕集率,但单位捕集能耗增加。通过对工艺中烟气进行回流,增加膜组件的阶数可以提升工艺的整体捕集性能,但需要权衡回流气中CO2的物质的量与纯度；优化第二阶膜组件两侧压力条件可以降低工艺的总膜面积,提升工艺的捕集性能。膜——低温深冷集成工艺通过烟气回流和增加膜组件阶数可以增加CO2的捕集率,集成工艺捕集率受膜分离单元的捕集率影响较大。增加回流气中CO2的纯度可以改善膜分离单元的捕集性能,集成工艺捕集率的变化同时与回流气中CO2的物质的量有关。通过优化集成工艺的操作条件可以降低集成工艺的单位捕集能耗,使其整体捕集性能优于膜分离工艺。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X757
【图文】：

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２０１６年全球粗钢产量比２００６年总量增加了邋３０％。中国是所有国家中粗逡逑钢产量增速最快的国家，１９６７年中国粗钢产量占世界总产量的２．１°／。，２０１６年增长逡逑到４９．６％，是２００６年粗钢产量的１．９倍［９１，全球粗钢历年产量如图１－３所示。逡逑１８００邋－Ｉ逦逡逑１６００邋逦逡逑１４００邋－邋逦逦■逦逦．．．逦￣逡逑１２００邋逦逦逦逦逡逑g邋１０００邋逦逡逑ｇ邋８００邋１逦▲邋？邋？逦——逡逑６００邋逦＊逦逦逦逡逑４００邋－丁．—．＾逦—逦逦———逡逑２００邋＾逦逡逑０逦－逦Ｉ逦１逦Ｉ逦？逦１＂逦１邋＊逦Ｉ逡逑１９５０逦１９６０逦１９７０逦１９８０逦１９９０逦２０００逦２０１０逦２０２０逡逑图１－３全球粗钢年产量｜９）逡逑钢铁行业炼钢工艺主要分为２种，高炉——转炉工艺（ＢＦ－ＢＯＦ）工艺和电弧逡逑炉工艺（ＥＡＦ），钢铁生产工艺如图１－４所示。钢铁生产过程中Ｃ０２的排放途径有２逡逑种，包括工艺过程排放的Ｃ０２以及生产过程消耗的化石能源排放的Ｃ０２＿。逡逑２逡逑

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－逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦１逡逑电力行业：邋２９％逡逑Ｉ逦ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦！逦Ｉ逡逑？逦Ｉ逦ｔ逦Ｉ逦！逦ｉ逦Ｉ逡逑运输行业卜４％邋｜逡逑＿逦Ｉ逦Ｉ逦？逦Ｉ逦？逦Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦ｔ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦！逡逑让筑行、丨ｋ逦；８％逡逑＿逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑ｉ逦ｔ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑其它转化行业４％逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦Ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑￣逦ｉ逦Ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑农业＿邋３％：逦｜逦；逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦：逡逑ＩＩ逦｜逦！逦！逦Ｉ逦ｋ逡逑０逦５０逦１００逦１５０逦２００逦２５０逦３００逦３５０逡逑Ｃ０２减排量／Ｇｔ逡逑图１－２邋２０５０年（２ＤＳ）情景下Ｃ０２累计减排量ｍ逡逑从上世纪５０年代以来钢铁产量总体上呈增长趋势，２０００年以来全球粗增加，２０１６年全球粗钢产量比２００６年总量增加了邋３０％。中国是所有国量增速最快的国家，１９６７年中国粗钢产量占世界总产量的２．１°／。，２０１６４９．６％，是２００６年粗钢产量的１．９倍［９１，全球粗钢历年产量如图１－３所示。逡逑－逦逡逑

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；逦：逦￣￣Ｉ：逡逑图ｉ－５典型钢铁ｒ生产过程中ｃ0２排放示意图１１１１逡逑从钢铁厂生产过程的角度考虑，高炉煤气（ＢＦＧ）是最大的碳排放源，约占钢逡逑铁广（：０２排放总量的６９％１１１＇１４１。因此，高炉煤气的Ｃ０２捕集对钢铁行业的０）２减逡逑３逡逑

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