CN106139838B - 用回收co2在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术 - Google Patents

Abstract

一种用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术，可使钢铁厂转型为节能环保新能源基地：即通过对其烟道热废气用氨水根治霾彻底回收CO₂后，将回收的CO₂加热升至高温与赤焦融合生成初始能源，再将其参与炼铁后，形成二次新能源，用它替换出焦炉煤气并与之合成代石油产品；剩余燃气发电后，废气再根治霾、回收CO₂再用；从此根除钢铁厂内烟道废气中霾污染物、将其97％的CO₂转化成新能源；按生产能力吨钢节能0.68吨标准煤减排2吨CO₂、新增0.4吨合成代石油产品、1000度电；钢铁产品降为零能耗之副产品、产量可自觉伸缩；效益倍增；火电等行业也可用氨水根治霾彻底回收CO₂获益匪浅。

Description

用回收CO2在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术

技术领域

本发明专利是一项节能环保、新能源、低碳技术、节约资源而有助于绿色发展、利国利民的产业新技术。尤其是本发明专利对钢铁厂热废气既首先除尘、去污、治霾，又重在回收其 CO₂，将其融入现行钢铁生产工艺中，研制出可循环再生能源系列产品。

背景技术

目前，已知的对污染成霾的各个源头，尚无有效治理方法；对其温室气体CO₂，仅有少量回收用于制造化肥、灭火剂、汽水，或研究收集深注地下封堵外，其余大量都任其放散大气中；尤其钢铁(包括火电、炼铝、炼铜、水泥、玻璃)产业，所产生的热废气，既是霾源之一，又是地球变暖的温室气体CO₂的主要祸根之一，二者常混为一体，均未获得有效治理。仅用限产、减产甚至临时停产，难以实现减霾和节能减排任务。

发明内容

为了克服钢铁厂现有对污染热废气治理技术之不足，本发明专利提供一种《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》，不仅能根治钢铁厂的霾污染源，而且也能将其CO₂回收、聚集，转化为可循环的新的再生能源，提供热能、参与反应、合成代石油产品，用于发电后，再除尘、去污、治霾、回收CO₂，再循环利用。

本发明专利为解决钢铁厂热废气污染致霾和影响地球变暖之温室气体CO₂之技术问题，并使之转化为绿色低碳能源，所采用的综合技术方案是：

第一步，对钢铁厂热废气除尘、去污、治霾、再回收、聚集其CO₂。方法见附图1和说明。处理后的废气无害放散大气中。简称用氨水治霾回收CO₂法。

第二步，将聚集的CO₂，利用钢铁厂产品的显热和余热，加热升温至800℃～1250℃后，融入赤焦中，即输入干熄焦室，与赤焦融合发生接触反应，消耗赤焦25％～30％，生成以CO为主的初始可循环再生能源。没有干熄焦室的，可将CO₂与焦炉每个炭化室结焦末期的赤焦融合发生接触反应1小时～1.5小时。方法见附图2和说明。

第三步，再将高温(1050℃～1200℃)初始可循环再生能源与可控高温(1250℃～1450℃) 空气按比例经仿乙炔切割器喷头并行喷入高炉底部风口焦里，形成热反应气流在高炉炉膛里边上升、边强化与赤焦反应、边与铁矿石氧化还原反应生成生铁水下行，热反应气流到达高炉膛中上部时，将形成低氮(N₂)、高CO为主的二次可循环再生能源，从高炉顶部导出。方法见附图3和说明。

第四步，将导出的二次可循环再生能源除尘后，将热气流进行中温压差发电，以减少外部供电，供高炉自用降低炼铁成本；发电后将部分直接用于热风炉和冷却燃气加热炉作燃料，其燃烧废气再用氨水治霾回收CO₂后无害放散大气中；剩余大部分再将其用水降温后存入气柜；然后再从该气柜中将一部分用作替换焦炉煤气及厂内各处用气；方法见附图3和说明。其各处用气之燃烧热废气均需除尘、去污用氨水治霾回收CO₂，再将CO₂循环利用。

第五步，用初始可循环再生能源一部分和二次可循环再生能源之部分与从厂内焦炉煤气中的H₂和甲烷氧化分解之H₂、CO，按甲醇合成比例为主，合成代石油产品主体-甲醇，同时合成部分乙醇、乙醚、和丁醚，最终混合成市场需求的代石油产品、外销。方法见附图4及说明。

最后，汇集剩余可循环再生能源(包括初始的和二次的)及合成后的“乏气”，与焦炉煤气剩余气相混合，用于两部串联发电；即燃气轮机发电后，其热废气加热废热锅炉生产高压蒸汽，再进行蒸汽轮机发电，发电后的废热蒸汽保持8Kpa～13Kpa供厂内各处用汽。方法见附图5及说明。同时对废热锅炉后的热废气再除尘、去污用氨水治霾回收CO₂，再将回收的CO₂循环利用，处理后的废气无害放散于大气中。

本发明专利使用后的有益效果是：

一、根除钢铁厂霾污染源，可将所有烟道废气之飘尘和PM10、SO₂、NO₂降至趋近于零，将PM2.5降至5μg/Nm³废气以下，且将SO₂、NO₂转化为有益产品。

二、同时可减排废气中的温室气体CO₂95％以上，并回收利用，转化成可循环再生能源，提供热能，参与铁矿石氧化还原反应，合成代石油产品，剩余燃气发电。由此，将会改变钢铁厂的性能与特征。

(一)、现行钢铁厂最佳年份效益特征，以中国现有101家钢铁厂合计11亿吨钢铁生产能力为基础，最佳纯利润年份，超负荷20％增加产量为前提；厂内大污染、未治霾未回收CO₂。

1、可获得粗钢铁11×(100％+20％)＝13.2亿吨/年。

2、平均能耗0.68吨标准煤/吨钢铁，单价800元/吨标准煤。其中炼铁系统耗焦炭：0.635 吨标准煤/吨钢铁，单价800元/吨标准煤

3、年总能耗13.2×0.68＝8.976亿吨标准煤/年，总费用7180.8亿元/年。其中耗总焦炭13.2×0.635＝8.382亿吨标准煤/年，总费用6705.6亿元/年。炼铁系统能耗占总能耗比例达8.382/8.976＝93.38％，按93.4％计。

4、吨粗钢铁平均纯利润200元/吨钢铁，则最佳年份效13.2×200＝2640亿元/年。

5、最佳年份总产值及支出概况

按平均吨粗钢铁成本2200元/吨计算，推知：

(1)当年粗钢铁平均出厂价3031.36元/吨；总产值40013.952亿元/年。

(2)按18％上缴增值税税款计545.6447元/吨，总缴税7202.51亿元/年。

(3)钢铁厂可收入285.7153元/吨，则总收入3771.442亿元/年。

(4)从收入中上缴国库30％计85.7146元/吨，总上缴国库1131.4327亿元/年。

(5)得知纯利润如上述2640亿元/年。

(二)将在现钢铁厂生产工艺基本不变情况下，采取《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》后，钢铁厂的性能与特征：无污染、根除霾，几乎全回收CO₂和全节能减排；转型为增加可循环再生能源系列产品为主、钢铁产品为辅；钢铁产品可灵活控制在6 亿吨/年～13.2亿吨/年间，可随需求增减，主动有效化解钢铁“产能过剩”的局面。

1、平均吨钢铁生产能力可融入2吨CO₂，并转化为可循环再生能源，一种以CO为主体的新能源燃气；

(1)则11亿吨钢铁生产能力可融入和转化CO₂达11×2＝22亿吨/年。

也就是说，采用此项技术方案中国钢铁企业每年可总计减排温室气体CO₂达22亿吨/ 年，相当于每年少用12.2亿吨标准煤的化石燃料燃烧所产生的CO₂排放量。

(2)回收一吨CO₂成本按照200元计算，总成本22×200＝4400亿元/年。

2、将22亿吨CO₂，加热升温与干熄焦室内赤焦融合发生接触反应，生成初始可循环再生能源；尚无干熄焦室的，可向焦炉炭化室结焦末期输入CO₂1小时～1.5小时，也可研制初始可循环再生能源。

3、将初始可循环再生能源高温输向炼铁高炉，与可控高温空气并行通入高炉底部风口焦处，边加热铁水，边强化与炉内赤焦反应，边与铁矿石发生氧化还原反应，边向炉顶方向上升，冶炼出铁水后，于高炉中上部形成低N₂、高CO为主的二次可循环再生能源，从高炉顶部导出。

(1)实际在这两次研制可循环再生能源中均伴随有H₂O气和空气中O₂同时转化，也可有意控制，酌情增减。

(2)如此，将高炉内赤热焦炭接触反应消耗掉直至全部转化为二次可循环再生能源为主体的过程，实际是将占粗钢铁93.4％的总能耗与CO₂等反应生成新能源的过程，从此可将生产铁水视为零能耗的辅助产品。

据此，可视粗钢铁产品节能降耗干焦0.635吨标准煤/吨钢铁，视11亿吨钢铁生产能力维持超负荷生产13.2亿吨粗钢铁产品的能耗，转变为节能降耗总量达8.382亿吨标准煤/年。

按每吨标准煤平均价格800元/吨标准煤计，可视总粗钢铁节资6705.6亿元/年。

推知：13.2亿吨粗钢铁产品全降为零能耗，其总能耗量8.976亿吨标准煤共节资达7180.8 亿元/年；剩余6.6％计475.2亿元/年将转入下述发电中。

4、将导出高炉的二次可循环再生能源，经电除尘后用于中温压差发电。

(1)平均吨钢铁生产能力发电200度(千瓦时)，就近应用，以减轻炼铁生产成本；

(2)按每度(千瓦时)0.45元计，0.45×200＝90元/吨钢铁生产能力。

(3)中国维持11亿吨钢铁生产能力，可节资90×11＝990亿元/年用于降低成本费。

5、经中温压差发电后，除直接用去部分外，是将大部分二次可循环再生能源降温净化，存入气柜后再做下述应用：

(1)将一部分用于替代全部焦炉煤气，满足现行钢铁生产各处用气；经燃烧利用热能后对热废气再除尘、去污、用氨水治霾回收CO₂后，将CO₂再循环利用，将废气无害排放大气中。

(2)再将部分可循环再生能源中的H₂、CO为主体，与焦炉煤气中的H₂和甲烷氧化分解后的H₂、CO按比例混合，深度净化，合成代石油产品。本代石油产品以甲醇为主，包括部分乙醇、乙醚和丁醚，按市场需求定标准出售。

(3)每吨钢铁生产能力平均可研制0.4吨合成代石油产品，则中国11亿吨钢铁生产能力可研制4.4亿吨合成代石油产品；

按当前2015年12月份市场销售的92#汽油价平均7600元/吨的85％计，本合成代石油产品可按6460元/吨售出，则吨钢铁生产能力新增产值6460×0.4＝2584元；

中国11亿吨钢铁生产力将新增产值达6460×4.4＝28424亿元/年。

6、合成代石油产品4.4亿吨/年的有益效果是：

由新增产值28424亿元/年计

(1)可为国家新增增值税18％合计：28424×18％＝5116.32亿元/年。

(2)成本构成：

回收22亿吨CO₂之成本为4400亿元/年；

由炼铁系统消耗焦炭量8.382亿吨标准煤，所节资金6705.6亿元/年，转为合成代石油产品之能耗费(其中所用焦炉煤气为其干焦总价值的10％合计资金670.56亿元/年已包括在内)；

除后述发电外，所有新建设备折旧费及人员工资费按总产值的5％计1421.2亿元/年；

三项总合计之成本为12526.8亿元/年。

(3)新增收入28424-5116.32-12526.8＝10780.88亿元/年。

(4)再按30％的新增收入上缴国库3234.264亿元/年。

(5)中国11亿吨钢铁生产能力将新增纯利润10780.88-3234.264＝7546.616亿元/年。

可谓纯钢铁产品超负荷生产13.2亿吨粗钢铁最佳年效益2640亿元/年的2.5倍以上。

7、将所剩初始可循环再生能源、所余二次可循环再生能源、合成代石油产品后的“乏气”及焦炉煤气提氢和甲烷后的余气混合一起，用于两步串联发电，即燃气轮机发电和蒸汽轮机发电，其有益效果是：

(1)钢铁厂现行用气除上述外还不够，也可以此混合气满足先用，剩余发电。

(2)预计所发电能除厂里自用外，平均吨钢铁生产能力还可新增产1000度电能上电网外销，则11亿吨钢铁生产能力每年可新增产外销电量1000×11＝11000亿度/年。

(3)按绿色新能源对待，同光电太阳能发电、风能发电一样，上电网单价按0.45元/度售出，则新增总产值0.45×11000＝4950亿元/年。

又可上缴增值税18％，计891亿元/年。

(4)其发电成本：

由粗钢铁产品降为零能转来节资费475.2亿元/年。

新增设备折旧费和人员工资费按总产值的10％计495亿元/年。

新发电总成本为970.2亿元/年。

(5)由发电又新增收入总计4950-891-970.2＝3088.8亿元/年。

(6)再上缴收入的30％进国库，达926.64亿元/年；又新增纯利润3088.8-926.64＝2162.16 亿元/年；相当于吨钢铁生产能力平均又新增196.56元。

8、由此不难看出，用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品实现后，即使钢铁产品像目前这样(有人估计中国101家钢铁厂有50％厂家为零收入，30％的厂家亏损，总亏损达1万亿元人民币/年)，也仍能成为特高盈利行业；只要全部转型为新能源为主基地，正常运行一年内。

(1)仅新增纯总利润：代石油产品7546.616亿元/年，发电收获2162.16亿元，加上计入 13.2亿吨粗钢铁产品降为零能耗总节资7180.8亿元/年，合计就有16889.576亿元/年。

(2)抵消钢铁产品近年总亏损1万亿元，第一年终仍有纯利润6889.576亿元/年，仍比现行钢铁行业最佳年效益2640亿元/年，高出1.5倍多；其后年年都不可能低于以往最佳年效益的6倍纯利润。

(3)从此以后，钢铁行业转型为以研发可循环再生能源系列产品为主要基地；钢铁产品成为辅助产品，产量按订单组织生产：当钢铁产品积压滞销时，像目前(2014年、2015年、2016 年)就可缩减50％以上，以自觉自动化解钢铁“产能过剩”；需要增产时提高超产20％，也不用新增设施，钢铁产品也将转向按需提升、增加附加值，控制产量在6亿吨/年～13.2亿吨 /年。

(4)钢铁产品自古以来就是基础战略物资，新能源也是国家发展的战略物资，尤其是低碳绿色能源今后已成为中国的必须增长物资。

钢铁企业采用本发明专利之技术方案后，首先既解决了钢铁厂的霾污染源问题，又解决了钢铁厂最大节能减排温室气体CO₂量问题，并将CO₂转化成可循环再生能源，取得有效利用、获得稳定持续高效益；同时既化解了钢铁行业因“产能过剩”而引起企业严重亏损问题，又解决了中国发展需要低碳绿色新能源问题；更重要的是既解决了中国承诺降低以煤炭为主的能源比例问题，又解决了中国严重依赖外购石油的依存度问题；可使中国不仅解决了两个一百年发展的能源需求問题，也为世界树起了节能、绿色环保、美丽中国的形象。

由此将使钢铁行业转型为新能源和钢铁产品的双重生产研发基地，真正成为中国的双战略安全保障支柱、供给侧结构性改革的成功范例。

(5)中国钢铁企业的转型改造投资预估

平均吨钢铁生产能力需500元转型投资费用，101家合计11亿吨钢铁生产能力需5500 亿元转型改造投资费。包括厂内改造、提升、转型费及外销、中转、到末端用户设施费，粗估内外约各占一半。

只要新增合成代石油产品销路畅通，电能能上电网售出，实行激励应用机制，中国11 亿吨钢铁生产能力转型改造投资费短期即可收回偿还。

但必须国家政府有力协调，方能顺利实现。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明专利做进一步说明。

图1是自制氨水治霾回收CO₂：

在钢铁厂焦化分厂有制浓氨水工艺的，则直接用其浓氨水按本发明去治霾回收CO₂即可。该钢铁厂焦化分厂是硫铵工段，则需在其间接初冷器后与硫铵工段之加热器前增设洗氨和蒸氨工艺之氨回收工段。为此，本发明特设计一种自治氨水治霾回收CO₂法。

氨的回收是先用水(软水、蒸氨废水及剩余氨水)吸收焦炉煤气中的氨，即洗氨得到富氨水；

再将富氨水用焦炉烟道热废气除尘间接升温，分解挥发性氨盐，制出浓氨水；再对降温后的焦炉废气导入直喷塔内，用自制氨水配制一定浓度直喷捕捉霾和CO₂，再从捕捉后的饱和氨液中热解出CO₂，将其收集存入CO₂专用气柜里，备用。此法可简称用氨水治霾回收CO₂法。图1中：

焦炉烟囱导气流翻版：置于烟囱下部内面，与烟囱里中心处于同心圆。当翻版与烟囱横截面处于平行时，热废气(230℃～320℃)即被导出。

减压除尘器：使热废气中的飘尘沉降于该设备下部。

旋风除尘器：使小颗粒物和PM10大部分除去。

富氨水列管预热器：3个竖立串联。从上向下编号一、二、三。其中上面第一个为用冷富氨水保证废气出口温度专用；下面两个为达到分解挥发性氨盐预热温度专用的。

(1)热废气走器壳内列管外之间通过，从下向上走，由230℃～320℃入下面第三个列管预热器，再进入中间第二个，从第二个的出口温度控制在105℃～110℃之间，再进入上面第一个，且控制其出口温度50℃～55℃间导入B-2型三段喷旋塔里。

(2)从其焦化分厂新增氨回收工段引来的富氨水含氨0.8％。

该富氨水由采用洗氨前为冷法油洗萘的洗氨工艺流程获得，即将间接初冷器后焦炉煤气经冷法油洗萘塔除萘后，先用剩余氨水在洗氨塔喷淋洗涤、以后加冷废氨水混和洗涤而获得之。富氨水含氨量10～15g/L，其浓度在0.5～0.8％之间，设计按0.8％计。因此，首先从上面第一个列管预热器压入冷富氨水走列管内，当温度到45℃～50℃，立即引出，导入第二个列管预热器；在第一个列管预热器下部壳外设导液管，以便放出废气冷凝水，也可防止 PM10、部分PM2.5粘管壁甚至堵塞。为此，可从氨水泵向其上接入喷管对壳内列管壁定时间歇喷雾化水洗涤之。

(3)由换热器引来60℃～70℃的富氨水与第一列管预热器下来的45℃～50℃的富氨水混和进入的第二个列管预热器的上部、经器内列管下行升温；进入下面第三个列管预热器，富氨水会从二、三列管器由上向下走管内流入流出，出口温度控制在98℃～105℃，为脱除分解气体作准备；

(4)流出的98℃～105℃富氨水导入分解器下部，分解了的挥发性氨盐气体CO₂等升向分解器顶部，经部分输入的冷富氨水降温到40℃～50℃逸出器外送往硫铵饱和器之加热器前煤气管内；而含氨的汽液则由分解器下部自流入蒸氨塔上部，其氨汽经分凝器、再经气液分离器后，即形成约18％浓氨水，再经冷凝冷却器温度降至25℃～28℃流入计量槽后，存入 18％浓氨水槽备用。

(5)经蒸氨塔脱去氨后的液体即为废氨水去换热器将100℃左右温度降至65℃～70℃送入废氨水冷却器，温度降到25℃～28℃后再送往洗氨塔洗氨。

B-2型三段喷旋塔：是本人曾研制的煤气脱硫塔；是一种由喷射器雾化性强、且可使塔后增加输送压力的塔型。其下部为液罐体、中部设三段内旋流板、上部有外旋流板捕雾装置。

(1)用18％浓氨水经浓氨水泵汲入8％稀氨水配制槽调配出8％稀氨水后，存入8％稀氨水槽，备用。

在此用高压氨水泵从25℃～28℃的8％稀氨水槽汲入塔第一段上部雾化吸收50℃～ 55℃的废气中的CO₂等。即含CO₂废气从塔下部第三段依次上升到笫二段和笫一段出塔；8％稀氨水则从塔上依次由第一段进笫二段入、第三段、以雾化汽形成内旋流汽态吸收CO₂和霾污染成份SO₂和NO₂，同时捕捉剩余PM10和大量PM2.5一同流入塔下部液罐里；再由高压循环泵从液罐里汲取该液输入第二段上部雾化喷射；并与笫一段转入的氨液汇和以增强吸收废气中CO₂、SO₂和NO₂再流入塔下部；反复循环直到测示氨饱和后，抽出输入饱和液脱除CO₂列管预热器，饱和液走管内、加热升温至98℃-105℃送入分解器将逸出的CO₂导进 CO₂冷凝冷却器，冷却至28℃～32℃的CO₂，分离出大量水分后，经CO₂缓冲器由抽风机输入CO₂气柜中，备用。进入CO₂气柜的CO₂回收率达该热废气中所含CO₂总量的95％以上。

经分解器脱去CO₂后的稀氨水从其底部提出送往脱CO₂后氨水冷却器，冷却到25℃～ 28℃流入中间贮槽，捕捉到大量PM2.5、PM10和SO₂、NO₂以不挥发氨盐形态混在稀氨水中，经静置后沉淀到中间贮槽下部，需导出流入沉淀物结晶槽内，以亚硫酸铵和硝酸铵结晶成型后再分离、提出、离心脱水，按产品分别包装化验。

(2)在该塔第一段上部还设有捕雾除霾装置，可使保证SO₂、NO₂、PM10吸收、被捕捉后趋于零；PM2.5＜5μg/Nm³废气。

(3)脱除CO₂后的8％稀氨水浓度因部分与SO₂和NO₂化合而降低，经降温至25℃～28℃后入中间贮罐，当稀氨水静置分离沉淀物后，取其清稀氨水送往8％稀氨水配制槽与浓氨水泵汲来的18％浓氨水、按8％稀氨水浓度配置达标后，方可送入8％稀氨水槽循环再用。

捕霾器：实际是捕雾除霾器。它专门用于降低废气中水雾、捕捉漏掉的微小颗粒PM2.5，从此，可使PM2.5≤2μg/Nm³废气，使废气中漏掉的CO₂≤3％，即从该废气中又回收到PM2.5 约3μg/Nm³和2％的CO₂溶于稀氨水中流入捕霾器下液封柱内、再溢流到氨饱和液中一同去脱除CO₂；从而使CO₂回收率达97％以上。

无害放散管：认为清除了上述霾污染物和CO₂量后，该废气可视为已无有害健康、和不再是使地球变暖的主要因素了，故放散大气中即为无害放散；但按装也应考虑位置要适当、管体要有一定高度。

对钢铁厂其它各处的烟道热废气处理：也用氨水治霾回收CO₂法。预估自制氨水即可满足需要；若焦炉烟道热废气不足时，也可用其它烟道热废气研制浓氨水。

其它各处之工艺流程不设氨回收工段，仅需图1中序号焦炉烟囱导气流翻版、减压除尘器、旋风除尘器、富氨水列管预热器改为直冷槽将废气降温到50℃～55℃导入B-2型三段喷旋塔、捕霾器、无害放散管、饱和液脱除CO₂列管预热器、分解器、CO₂冷凝冷却器、CO₂缓冲器、抽风机、CO₂气柜、以及计量槽、18％浓氨水槽、浓氨水泵、8％稀氨水配制槽、8％稀氨水槽、高压氨水泵、高压循环泵、脱CO₂后氨水冷却器、中间贮槽，沉淀物结晶槽。

图2：是用回收入气柜的CO₂经加热升至高温、与赤焦融合接触反应，研制初始可循环再生能源。

图2中，CO₂气柜，即代表图1序号之CO₂气柜所示。

(1)将CO₂用抽风机按配给高炉预计量输送：其中一部分去距干熄焦室较近处之钢铁热制品密闭排放区，由低温向高温前进吸热升温，控制达800℃～1100℃，导入干熄焦室赤焦滞留空间区内，与从干熄焦加热升温到来的另一部分CO₂汇和。

(2)由抽风机输送来的另一部分CO₂气体逆向进入干熄焦室焦炭流向，替代原N₂气冷却焦炭、吸收焦炭余热，由低温升至高温800℃～1100℃时进入干熄焦室赤焦滞留空间区内，与从钢铁热制品加热升温来的CO₂汇和。

(3)在干熄焦室赤焦滞留空间区内升至高温汇和的CO₂热气体，升向赤焦焖焦区，与赤焦融合发生接触反应，生成以CO为主体的初始可循环再生能源；当这里的赤焦由1250℃降至1100℃时可开始向下放，边与输来的高温CO₂融合发生接触反应边逐渐向焦炭出口方向流去，在与CO₂低温接触换热过程中，降温至200℃以下时放出去堆放。

(4)赤焦与高温CO₂融合接触反应，其消耗的焦炭量视其反应后的焦炭强度要求而定。一般应控制在焦炭总量的25％～30％、低于其反应性5个百分点，以保证反应后焦炭强度：M25 ＞65％或最低经验数要求为宜，以适宜各容积大小高炉炼铁顺暢要求为基准。

(5)生成的初始可循环再生能源导出干熄焦室后，引入減压除尘器，让其所含漂尘沉降下来。

(6)除尘后的初始可循环再生能源，进入缓冲热气包中，以便增压后送往炼铁高炉底部风口焦区附近；且力求进入风口焦时温度＞1150℃。

(7)当炼铁高炉暂停进风时，尤其预估需增加H₂的需用量时、用雾化水吸热成人工加蒸汽制造的初始可循环再生能源，可通过备用的直冷槽、用循环水喷洒降温后入B-2型三段喷旋塔再用常温水和低温水直冷，使其降温至28℃～32℃后，送入初始冷却气柜或集中H₂气为主气柜中，待用。

此后，为图示和叙述方便，初始可循环再生能源可简称“初始能源”；且按温度又分别简称“初始热能源”和其冷却降温的“初始冷却气”；还有含高H₂的可简称“初始高H₂能源”。

图3是以高温“初始热能源”为主导、少量高温空气为引领掺与高炉强化炼铁，炼铁后形成二次可循环再生能源。

图3中：

1、缓冲热气包：为图2中序号缓冲热气包替代位置，为“初始热能源”温度≥1150℃。

2、初始冷却气加热炉：气源从图2中序号初始冷却气气柜位置输来。它需带入少量水蒸汽经加热至1150℃～1250℃后与“初始热能源”相混和。

3、由送风机引来可控空气进入热风炉，加热至高温1250℃～1450℃，与从缓冲热气包和经加热炉输来的高温＞1150℃“初始热能源”及“初始冷却气”加水蒸汽之混和煤气，共进汇合喷射燃烧器，它像乙炔喷射燃烧器那样以热风带动燃气射向高炉底部风口焦区里，强化燃烧赤焦，以维持高炉底部特高温度，并以大量富余CO₂新生成，放出高热向高炉膛内上升、再与赤焦椎柱体融合再发生激烈接触反应，生成富余的CO。

4、新生成的大量富余的CO与高炉下部、中部铁矿石氧化还原反应区反应，生成生铁水下行，同时又生成新富余的CO₂，再与层层赤焦融合发生激烈接触反应，生成更富余的CO 上升。

5、气流上升到高炉中上部赤焦层，新生CO与铁矿石氧化还原反应放缓，而新生CO₂则与此处赤焦继续融合发生接触反应，形成CO与CO₂相平衡的低N₂、多H₂、高CO的二次可循环再生能源；

6、该二次可循环再生能源燃气经电除尘器后，进行中温压差发电(10)，经发电后将其部分热燃气直接用于热风炉和初始冷却气加热炉；该燃烧废气应经氨水治霾回收CO₂，这就是对该厂5处之一的高炉热风炉热废气处理。

7、中温压差发电后的大部分二次可循环再生能源则经水直冷槽降温至50℃～55℃，再进入B-2型三段喷旋塔用水直冷降温至28℃～32℃后，进入捕雾器进一步分离出水分后存入二次可循环再生能源气柜备用。其后此燃气简称“二次新能源”。

图4合成代石油产品：以甲醇为主，乙醇为补充，乙醚为调节剂，丁醚为提高辛烷值，调配后可做为替代92#汽油之补充出售。它们是以可循环再生能源中的CO和H₂，与该钢铁厂焦化分厂的焦炉煤气中的H₂和CH₄氧化分解的H₂和CO，按比例净化、催化合成。实用技术均有，此不赘述。

图5：汇集剩余燃气进行两步串联发电；发电后废气再治霾回收CO₂。

图5中：

初始能源余气：来自图2所示序号集中H₂气为主气柜和初始冷却气气柜中；

二次新能源余气：来自图3所示序号二次可循环再生能源气柜中；

合成后乏气：来自图4所示序号乏气贮柜中；

焦炉余气：来自焦炉煤气气柜中；是该钢铁厂焦化分厂焦炉煤气除去提H₂和CH₄氧化分解气H₂、CO参与合成代石油产品之外的剩余气体组分；需经冷法油洗萘塔除萘。

(1)将这四种燃气归集存贮于综合混和气柜中，再持续导入四级压缩机中输出后压入燃气轮发电机内燃烧带动发电；

(2)经燃气轮发电机发电后放出的热废气，温度控制在450℃-500℃、引入废热锅炉制造出高压达42Kpa～45Kpa的蒸汽存入蒸汽高压气包中；供1号蒸汽轮发电机发电；而出废热锅炉的废气温度控制在105℃～110℃之间，导入直冷槽降温至50℃～55℃，输入B-2型三段喷旋塔中；

(3)经1号蒸汽轮发电机发电后出口蒸汽压力控制在22Kpa～24Kpa，存入蒸汽中高压气包中，供2号蒸汽轮发电机发电；其出口废热蒸汽压力控制在8Kpa～13Kpa，存入蒸汽中低压气包中，供该钢铁厂各处用蒸汽。

出废热锅炉后的废气处理：

仍用氨水治霾回收CO₂法。

(1)由该焦化分厂增设的氨回收工段转运来18％浓氨水存入18％浓氨水槽中，再用此浓氨水在8％稀氨水配制槽内调配其达标后注入8％稀氨水槽中；备用。

(2)再将8％稀氨水用高压氨水泵汲入B-2型三段喷旋塔上段上部下喷；出废热锅炉后经直冷槽降温至50℃～55℃的废气，则由塔三段下、液罐体内上部进入，呈内旋流气上行；让稀氨水依次由上至下雾化吸收其CO₂和捕捉霾污染物流入塔下液罐里；再由高压循环泵从该液罐里抽出送往该塔二段上部下喷、雾化循环吸收之，并与一段转来的氨水汇合，增强吸收废气中CO₂和霾污染物后、再导入三段后逐渐流入塔下液罐里；

(3)当氨吸收饱和后，抽出输送到饱和液脱除CO₂列管预热器中，氨饱和液走管内，用燃气轮发电机发电后的部分热废气走壳内列管间加热升温至98℃～105℃；送入分解器中让脱出的CO₂汽上升到分解器顶部，经其内设分凝器降温进入CO₂冷凝冷却器，冷却至28℃～32℃的CO₂经CO₂缓冲器、由抽风机输入CO₂气柜中，备用：或及时输送到附图1所示CO₂气柜) 里，待用。

(4)而对换热后出饱和液脱除CO₂列管预热器的废气，温度控制在50℃～55℃之间也导入B-2型三段喷旋塔内；与出废热锅炉后经直冷槽降至同样温度来的废气一起被净化。出该塔后的全部废气温度均以30℃～33℃控制之。

(5)从回收CO₂的同时，B-2型三段喷旋塔也对该废气中的霾污染物进行了清除：使PM10、 SO₂、NO₂全趋于零；PM2.5＜5μg/Nm3废气；而废气中CO₂回收率可达95％以上。

(6)再经捕霾器除雾捕捉漏掉的霾PM2.5后，进一步使PM2.5≤2μg/Nm³废气；废气中 CO₂除去97％、仅剩余CO₂≤3％时经无害放散管放散大气中。

经分解器脱除CO₂后的稀氨水因吸收SO₂和NO₂转为不挥发性氨盐而使浓度＜8％，故需经脱CO₂后氨水冷却器冷却至25℃～28℃、放入中间贮槽达一定量、且有沉淀物沉向罐底时先将沉淀物放入沉淀物结晶槽中，再从中间贮槽中上部提取澄清的稀氨水输入8％稀氨水配制槽中，与由18％浓氨水槽输来的定量补充氨水二者按8％稀氨水调配达标后，返回8％稀氨水槽，循环使用。

将放入沉淀物结晶槽中的沉淀物进行结晶，可分离出亚硫酸铵和硝酸铵，经提取离心脱水后按产品分别包装化验。也可用泵输往焦化分厂新设氨回收工段图1之沉淀物结晶槽统一处理。

具体实施方式

改造一家100万吨钢铁生产能力的临危钢铁厂

------转型为以新能源为主示范厂------

甲、该钢铁厂历史巅峰时期与目前状况

一、该厂巅峰时期状况：

该厂原是一家技术较先进、设备较齐全的钢铁厂：建设有2×40万吨/年的焦化分厂，及相适应的烧结分厂、炼铁分厂、炼钢分厂、轧钢分厂、综合污水处理分厂，及相应辅助分厂、室、车间。其中焦化分厂包括干熄焦室、间接初冷工段、硫铵工段、粗苯工段、锅炉房等；炼铁分厂曾设有为节约焦炭而尝试的喷煤粉、喷重油、喷甲烷气的设施；厂内对固体废物、废水污水均有较好治理和利用；唯独对烟囱热废气霾污染源和其温室气体CO₂尚未有效治理，早已构成污染大户。

1、该厂巅盛年份：具有100万吨钢铁生产能力，曾超负荷生产，产出粗钢铁120万吨/ 年。

(1)平均能耗0.680吨标准煤/吨钢。

(2)其中炼铁系统耗焦量0.635吨标准煤/吨铁，占该钢铁厂总能耗的93.4％(该炼铁系统指炼钢之前的系统，主要包括焦化、烧结、炼铁等分厂)。

(3)该钢铁厂巅盛年份曾创纯利润24000万元/年，平均200元/吨钢。

(4)推知：当年向大气中年总排放热废气达569967万Nm³/年，其中内含CO₂达120904万 Nm³/年，按重量计为237.49万吨CO₂/年。

2、巅盛年份焦化分厂概况

(1)用于炼焦年消耗湿精煤135.337万吨/年，合干精煤124.51万吨/年。

(2)供炼铁系统年消耗全焦量89.65万吨/年(按干焦计，下同)，块度＞25mm的76.2万吨/年，25mm～10mm的4.47万吨/年，＜10mm的8.98万吨/年。合计为76.2万吨标准煤/年。

(3)焦炭年平均质量，见表1。

表1 焦炭年平均质量

(4)焦炉煤气质量，见表2。

表2 焦炉煤气质量

(5)焦炉煤气总量49415.85万Nm³/年。

(6)硫铵工段年可利用氨量4140吨/年；回收率占可回收氨量的90％。

二、该钢铁厂目前状况

钢铁产品因不对路而失销、积压过多，被迫减产；节焦措施之喷煤粉、喷重油、喷甲烷气也停用；厂内已连续三年亏损，累计欠债6亿元，临近资不抵债、一再违约的“僵尸企业”边缘，成为钢铁“产能过剩”的典型企业，其环境污染也成了大问题。

1、目前，该厂大气污染源主要来自焦炉烟囱、烧结烟囱、炼铁热风炉、粗苯管式炉、炼钢钢锭加热炉和蒸汽燃煤锅炉烟囱的热废气，其对产生霾污染贡献率占厂区内的96％，占周围市区的18％。

2、该厂热废气出烟囱前的成份分析：其平均数值，也做为该厂巅盛年份评估依据。见表3。

表3 烟道热废气中颗粒物组成与霾污染物含量

另外两个霾成份占总废气量SO₂＝0.015％，NO₂＝0.01％。

3、该厂曾计划再扩充50万吨/年钢铁生产能力，预留有40万吨/年焦炉化产及相应的烧结、炼铁、炼纲、连铸、热轧各一座空位基地，未用。

乙、该钢铁厂决定立即采纳《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》方案，以求转型升级，调整供应侧产业结构。

本技术方案是在基本不改变现行生产钢铁产品工艺前题下，对其要解决的技术问题所采用的技术措施，主要有五个方面：

1、首先回收其烟道热废气中温室气体CO₂，彻底根除该钢铁厂霾污染源，达到其废气无害排放大气中。

2、用回收的CO₂研制初始可循环再生能源(下述简称“初始能源”)。

3、再用“初始能源”参与强化炼铁，形成二次可循环再生能源(下述简称“二次新能源”)。

4、用两种可循环再生能源与焦炉煤气研制合成代石油产品。

5、将所有剩余燃气进行两步串联发电，再对其废气用自制氨水治霾回收CO₂再循环利用。

现分别结合附图说明详解如下：

一、首先回收其烟道热废气中温室气体CO₂，彻底根除该钢铁厂霾污染源，达到其废气无害排放大气中。

由图1所示，用自治氨水治霾回收CO₂。

(一)自制18％浓氨水

在该焦化分厂间接初冷器后与硫铵工段之加热器前焦炉煤气管道间增设洗氨和蒸氨工艺之氨回收工段：以剩余氨水和蒸氨后冷废氨水洗氨制得富氨水，其含氨浓度为0.8％；以焦炉烟道热废气为基础热源，在其附近建设蒸氨塔、生产18％浓氨水，同时续建治霾回收CO₂工程。其回收氨量暂以硫铵工段可利用氨量4140吨/年为确保目标；而蒸氨生产能力按4600吨 /年设计与施工。

1、从焦化分厂新建氨回收工段引来含氨浓度0.8％的富氨水：其实这种富氨水也是与焦炉煤气CO₂等多种杂物达到饱和的更稀薄浓度的氨水，因此需要首先对其脱除CO₂等。即在这种富氨水中既含有以CO₂为代表的呈挥发性氨盐形态存在着、也有极少量呈不挥发性氨盐存在的；要基本将它们从富氨水中除掉，一般前者用加热分解的方法，后者用转化合成黄血盐法。本发明仅解决前者，后者仍留在废氨水中留待以后考虑；当废氨水多余时暂送综合污水处理分厂处理。

(1)图1中：富氨水列管预热器是用三个(即三段)竖立串联，最上面为第一段专用于以冷富氨水吸热确保废气出口温度的，第二、三段专用于为富氨水中挥发性氨盐分解预热的。富氨水自上而下行走于列管内，烟道热废气则自下而上行走于器壳内，在列管间穿过。

其流程是：用导流来的烟道热废气经两次除尘后加热富氨水。在富氨水列管预热器第一段(1上)列管预热器中，先将0.8％冷富氨水加热到45℃～50℃时就导出与经换热器来的 60℃～70℃的富氨水混和，经列管预器的第二段(即中间段)上部导入，下行到第三段持续预热升温至98℃～105℃，送入分解器中，分解出的CO₂等从分解器顶部经部分冷富氨水降温到40℃～50℃后逸出送往硫铵饱和器之加热器前焦炉煤气管中；脱除CO₂等的热富氨水则以 100℃～105℃的温度从分解器下部自流入蒸氨塔顶部形成液面，氨汽则离开液面升入蒸氨塔顶部空间经分凝器、气液分离器除去水分再将氨气导入冷凝冷却器便制备出约18％浓氨水；通过计量槽放入18％浓氨水槽，备用。当焦炉烟道热废气热量不足时，需备用蒸汽维持分解器和蒸氨塔内液体温度。蒸氨热废氨水则从蒸氨塔下部放出，进入换热器与洗氨塔富氨水槽输来的冷富氨水换热后，废氨水温度则由100℃～105℃降至65℃～70℃送入废氨水冷却器内，控制温度降至25℃～28℃输往洗氨塔中，与剩余氨水混和再喷淋洗涤进塔的焦炉煤气中的氨；该焦炉煤气是经间接初冷器初步净化后又通过冷法油洗萘塔除萘后引入该洗氨塔内的。

2、自制氨水量的确定：既考虑现有烟道废气量中的霾污染物和CO₂，也应估计研制新能源部分再燃烧产生废气仍需用氨水治霾回收CO₂的用氨水量。

(1)8％稀氨水量的确定：以满足该钢铁厂6处烟道废气总排放量即前述569967万Nm³/ 年热废气，其中所含CO₂为120904万Nm³/年，CO₂按重量计为237.49万吨CO₂/年为依据；且按其CO₂之最隹回收率97％达230.3653万吨/年为保证，来确定不低于3小时循环量的8％稀氨水量，即可视为正常运行需求量。

由此推知6处均维持3小时的循环量需8％稀氨水量8000吨，故应保持8％稀氨水每天不低于10000吨/天为宜。

(2)18％浓氨水量的确定：8％稀氨水在吸收CO₂时，同时完全吸收霾成份中SO₂和NO₂，以此为依据来确定18％浓氨水量的需求量。因脱除CO₂后，SO₂和NO₂仍以不挥发性氨盐形态存在，并转化为亚硫酸铵和硝酸铵，消耗了氨而将沉淀结晶，即图1中序号脱CO₂后氨水冷却器、中间贮槽、沉淀物结晶槽所示之结果，这是8％稀氨水浓度降低的根本原因；需经18％浓氨水计量补充，在图1中是经8％稀氨水配制槽调济达标后，方能返回8％稀氨水槽内，循环再用。

由上述该钢铁厂巅盛年份排向大气的热废气中含SO₂0.015％和NO₂0.01％推算知：每小时需18％浓氨水计量补充1.5吨/时，每天需耗掉18％浓氨水36吨/天计，6处至少应有7天储备量250吨。而维持此数量，需平均每天补充36吨18％的浓氨水。全年将消耗氨量2370吨 /年。

(3)判断从焦炉煤气中回收的氨是否足够使用？

以前述可利用氨量4140吨/年为依据。

推知1：研制8％稀氨水需氨800吨/年，剩余氨量3340吨/年。

推知2：按每天消耗36吨18％氨水计，年需氨量2370吨/年。

推知3：剩余氨量为970吨/年，可能满足后面新增剩余燃气发电后回收废气中CO₂的需求；有待评估。

据此，应先确定新设氨回收工段蒸氨量应不低于己可利用氨量，按每天蒸氨量12.5吨/ 天之生产规模进行设计和建设。

推知4：硫铵工段之硫铵生产将逐步由減产到甚至停产，转向供应0.8％富氨水生产或增设研制黄血盐产品；此工段原有人员也可用于归集亚硫酸铵和硝酸铵沉降液，进行结晶和分离、包装任务。

推知5：预估每年可产亚硫酸铵4425吨/年，硝酸铵2490吨/年。

(4)首先在焦化分厂筹建氨回收工段及对焦炉烟道热废气治霾回收CO₂工程。

该工程启动、试运行时，先从外部购进部分浓氨水，配制出滿足焦炉烟道热废气处理循环用的8％稀氨水及保持一段时间的浓氨水；同时试研制18％浓氨水，直到正常运行并储存浓氨水备其它5处及新建发电后废气处理之需求。

(二)筹建6处烟道热废气治霾回收CO₂的工程设施：

1、除焦化分厂烟道热废气处理全按图1中所示工艺外，其它5处均不设计自制氨水之氨回收工段这部分。即从图1中去掉序号间接初冷器、冷法油洗萘塔、洗氨塔、换热器、废氨水冷却器、分解器、硫铵饱和器之加热器、蒸氨塔、分凝器、气液分离器、冷凝冷却器)，选用图1之序号焦炉烟囱导气流翻版、减压除尘器、旋风除尘器、富氨水列管预热器改为直冷槽用循环水将其烟道热废气降温到50℃～55℃再进入B-2型三段喷旋塔、捕霾器、无害放散管、饱和液脱除CO₂列管预热器、分解器、CO₂冷凝冷却器、CO₂缓冲器、抽风机、CO₂气柜、及计量槽、18％浓氨水槽、浓氨水泵、8％稀氨水配制槽、8％稀氨水槽、高压氨水泵、高压循环泵、脱CO₂后氨水冷却器、中间贮槽，沉淀物结晶槽之工艺，再具体设计施工。

2、其它5处烟道热废气处理工程建成、启动，均应在焦化烟道热废气治霾回收其CO₂、 SO₂、NO₂、捕捉PM10、PM2.5完善操作规程后，逐一试运行直到正常运转。

(三)该钢铁厂6处烟道热废气全部达标运转后之效果评估

由前述各部分数据得出：

1、可处理6处热废气量达569967万Nm³/年，使其颗粒物、PM10、SO₂、NO₂趋于零排放，PM2.5≤2μg/Nm³，热废气降为略高于常温、无公害排放大气中，从而消除该钢铁厂内霾污染源96％，降低本市区周围霾污染量的18％。

2、年減少颗粒物和霾污染物排放总重量。见表4

表4 年減少烟道废气中颗粒物和霾污染量

3、回收霾成份SO₂和NO₂量：

(1)回收SO₂2442吨/年，可转成亚硫酸铵4425吨/年。

(2)回收NO₂1170吨/年，可转成硝酸铵2490吨/年。

4、可回收废气中97％的CO₂，计230.3653万吨/年。

此即为该钢铁厂的年減排温室气体CO₂量，也为研制可循环再生能源打下了根本物质基础。

5、简评：为消除钢铁厂烟道热废气造成的霾污染源和温室气体CO₂，本发明之用自制氨水治霾回收CO₂法，其实质是结合实际、就近取材、采用以废治废、以污治污的方法。即利用烟道热废气、蒸氨热废水之余热自制浓氨水，除去了焦炉煤气中氨污染物等，又用氨水吸收捕捉各烟道热废气中霾污染物和CO₂；既同时利用冷废氨水吸收捕捉焦炉煤气中的氨及其它众多污染杂质，以氨为主生成包括CO₂在内的挥发性氨盐和不挥发性氨盐，又同时利用加热分解的方法分解挥发性氨盐、逸出CO₂等杂物返回焦炉煤气中、蒸馏出浓氨水；再用其配制稀氨水去吸收捕捉烟道废气中的CO₂和霾污染物，又形成以CO₂为主的挥发性氨盐和霾污染成分SO₂、NO₂为主的不挥发性氨盐，再用热分解法脱出从烟道废气中吸收来的纯净CO₂做为有益资源收集入柜，而将霾污染成分形成的氨盐也做为有益产品结晶提取。

这种灵活运用氨的特性与作用，既净化了焦炉煤气而离去又净化了焦炉烟道废气而获得有益资原和产品；既解除了氨对设备腐蚀和水污染问题，又解除了霾污染源和温室气体排放问题；既热分解了从焦炉煤气吸收来的多杂质CO₂集中送回原位，又热分解了从焦炉烟道废气吸收的纯净CO₂收回备做原料；既节约资源和资金，又节能減排和环保；氨在此是众多双重作用的转化传递者，是其突出特性。

对其它各处烟道热废气用自制氨水治霾回收CO₂也会有其多种效果。

二、用回收的CO₂研制初始可循环再生能源。

(一)研制方法

(1)如图2中所示，用该钢铁厂的钢铁热制产品的显热，与干熄焦室在干熄焦过程中的余热，将CO₂分两部分分别逐步加热升温到800℃～1250℃，再分别进入干熄焦室在赤焦滞留空间汇合，令其边与卸下的赤焦接触，边混和升向赤焦焖焦区，与赤焦融合发生激烈接触反应而生成“初始能源”；出干熄焦室后，经减压除尘器和缓冲热气包首先保温送向高炉风口焦附近(这种高温“初始能源”简称“初始热能源”)，由高温空气带入高炉内；其次，可由缓冲热气包经直冷槽分级降温后进入B-2型三段喷旋塔，用低温水和常温水直冷后，通过捕雾除去水分(这种冷却后的“初始能源”简称“初始冷却气”)，存入初始冷却气柜中备用。

(2)不用钢铁热制产品显热，仅喷射雾化水于干熄焦200℃以上区间，吸热生成热蒸汽 H₂O气；这是在用干熄焦加热CO₂过程中，有计划间歇进行的；开始像湿法熄焦似的喷水降低焦炭温度、让雾化水吸收其余热汽化，边升温边前往干熄焦室赤焦滞留空间，沿途升温到 800℃以上，开始与卸下赤焦发生接触反应和升至高温，再上升到赤焦焖焦区，未反应的H₂O 热汽与之赤焦发生激烈接触反应；又像制造水煤气那样，生成以H₂为主伴随CO的集中燃气 (简称“初始高H₂能源”)，出干熄焦室后，经減压除尘器、缓冲热气包、直冷槽分级降温后进入B-2型三段喷旋塔，用低温水和常温水冷却后，燃气温度降至28℃～32℃，通过捕雾除水汽后送入集中H₂气为主气柜中；专门研制此“初始高H₂能源”，是为下述合成代石油产品做补充原料准备，待用。本次计划研制1.36万吨H₂/年。

(3)也可以应用CO₂加H₂O气合制“初始能源”。因为，回收的CO₂进气柜时即有H₂O气伴随进入，并随入柜时温度升高而增加；当开始替代N₂气干熄焦时，也免不了混有N₂气和H₂O气；从干熄焦末端出口逆向进CO₂时，也随时可能带进少量空气，即N₂、O₂和H₂O气；平时均可忽略不计，也可有意配入计量。为简便记述，其总量全计入“初始能源”中。

(二)研制“初始能源”应遵循的一些规律和要求

1、应遵循焦炭的反应性和反应后的强度要求。

(1)研制“初始能源”所消耗的焦炭量应低于其反应性5个百分点，以保证反应后的焦炭强度要求。

(2)由前述得知：该焦化分厂焦炭质量要求其反应性＜35％，则今后研制“初始能源”所消耗的焦炭量以30％计，方可保证焦炭反应后強度M25＞65％。

2、间歇研制以H₂为主伴随CO的集中燃气，其产量上限也要保证反应后的焦炭强度以M25＞65％为准。

3、参与研制“初始能源”所用CO₂总量：

以采用本技朮方案前的该钢铁厂巅盛年份产生的热废气中所含CO₂总量的97％为基准。

(三)“初始能源”的产量和质量

1、由前述回收废气中的温室气体CO₂总量的97％为依据，计230.3653万吨/年。

2、由前述年消耗全焦89.65万吨/年的30％为基础，计26.895万吨/年。

3、共研制出“初始能源”总量164238.48万Nm³/年，其中包括H₂气15232万Nm³/年，供后述合成代石油产品应用。

(1)“初始能源”混和质量及減去“初始高H₂能源”后之质量，见表5。

表5 初始能源质量

(2)剩余“初始能源”量133774.46万Nm³/年(即减去H₂量和等量CO后)。三、再用“初始能源”参与强化炼铁，形成二次可循环再生能源。

(一)、就是将“初始能源”替代炼铁中原来用意是为了降低焦炭用量而采取的喷煤粉、喷重油、喷甲烷气等措施，但区别很大：

1、这里与炼铁原来用意的区别是：重心不在强化炼铁，而是借助強化炼铁过程既注重与赤焦融合发生激烈接触反应，又减少空气用量。

(1)怎能说是注重与赤焦融合发生激烈接触反应？

根据高炉炼铁原理：目前是以加大风量、甚至掺入氧气，即富氧炼铁，其目的是强化喷煤粉、喷重油、喷甲烷气燃烧，生成更多CO，强化铁矿石氧化还原反应。但实质是：无论热风与风口焦接触，还是助替代焦炭的能源燃烧，都是先生成CO₂，CO₂再在高温下与赤焦接触后立即部分生成富裕CO，或生成部分CO₂后出现氧气不足时二者才与赤焦中碳共同生成富裕CO，用富裕CO再強化与铁矿石在不同温度下的氧化物形态发生氧化还原反应，产生铁水；此后CO与CO₂循环再生比不再呈富裕加強。而由本技朮研制的“初始能源”(其质量如表5所述)其CO₂、CO、和H₂全是高炉炼铁最希望得到的成分，只要对它们加热升到高温遇到赤焦，尤其首先与高炉下部赤焦椎柱相遇，已有的大量CO₂就会立即与其赤焦融合发生激烈接触反应，生成大量CO，增多了原来就富有的CO量，加上H₂，均可强化与不同形态铁矿石发生氧化还原反应；但因受铁矿石品位所限，每层将生成比开始较少的CO₂和不变的H₂O气随着剩余很多的CO上升，遇到赤焦层与之融合发生更激烈的接触反应，生成CO、 H₂使CO更加富裕，再与铁矿石发生氧化还原反应使CO₂生成量占比再少很多；循环再生、再参与铁矿石氧化还原反应，CO越发富裕，而CO₂占比越来越少；上升到高炉膛体中上部，赤焦发暗、料层温度降低基本停止与铁矿石发生反应，便形成新的CO与CO₂平衡性新能源，此称为二次可循环再生能源(简称“二次新能源”)，从高炉顶部导出，此过程如图3中序号中部铁矿石氧化还原反应区、高炉中上部赤焦层、二次可循环再生能源所述。

“二次新能源”的成分也迥异于传统高炉煤气，它是一种低N₂、多H₂、高CO为主的又一种新能源，具体成分见后述表6。低N₂就因下述少用空气所致。

(2)为何能减少了空气用量？

如上述“初始能源”本身就是带氧[O-]产品，可以替代大量空气中的氧；理论上甚至可以不用空气也行。这里之所以配入少量更高温空气，其目的一是为了维持风口焦区高温，保证下行铁水温度不低于目前出铁的铁水温度。二是因为“初始能源”成分与赤焦多是吸热反应，而高温空气中的氧在风口焦里首先激烈燃烧，与赤焦反应生成CO₂时会放出大量热量，有使高炉下部温度升高的趋势，以此力求吸热和放热平衡，甚至多放出热量，在此略高于吸收的热量。

为此一方面采取对“初始热能源”一出干熄焦室，就减压除尘，趁热输送到高炉附近，另一方面对已冷却的“初始冷却气”喷掺蒸汽，再加热升至高温，这就是图3中序号缓冲热气包、(初始冷却气加热炉、水蒸汽的目的，使其温度不低于1150℃；且要求将空气加热升温到1250℃～1450℃更高温，这就是图3中序号送风机、热风炉的目的；并且为了防止和消除二者入风口焦里之前产生“放炮现象”，将设置一种耐高温的汇合喷射燃烧器，就像乙炔切割器喷头似的，让高温空气行走于管中央，高速带动高温“初始热能源”从外环间多孔眼喷出，随同射入高炉底部之风口焦区，产生高热，一起向高炉炉膛上升。

2、由此不难悟出：用“初始能源”富含的CO₂既注重与赤焦融合发生激烈反应而产生强化炼铁效应，又减少空气用量：其主要目的首先不是为了多生产铁水，而是通过与铁矿石反复发生氧化还原反应过程，将高炉膛里所有焦炭均经赤焦形态与之融合发生接触反应，形成较“初始能源”热值更高、产量更大的“二次新能源”。此过程更为重要的目的在于将治霾回收的温室气体CO₂加热至高温、通过两种形式-分别在干熄焦室和炼铁高炉内反复与赤焦中的碳融合接触反应大量生成CO，将生成的CO借助与不同形态的铁矿石中的[O-]发生氧化还原反应，生成较原先占比要小的CO₂，此CO₂上升遇到赤焦再将其密集融合包围，发生激烈反应生成更多CO。如此反应在气体上升过程中反复发生使CO₂占比越来越小，直到全部焦炭中C与CO₂反应转化成CO，达到CO与CO₂新平衡为止。其终极目的是将回收的全部 CO₂反复循环转换成再生能源，同时使所生成的铁水不再是消耗了焦炭的产品，而是一个辅助CO₂转化成新能源的“辅助产品”。

从此使占钢铁厂能耗93.4％的生铁产品，首先降为零能耗的副产品，既然生铁产品已降为副产品，其产量多少将不再是关系钢铁厂总经济效益的关键，从而使按市场需求、有计划地生产钢铁产品、主动化解钢铁“产能过剩”成为可能。通过调节铁矿石品位，该钢铁厂100 万吨/年钢铁生产能力可以按市场需求控制钢铁产量在60万吨/年～120万吨/年间，使其转型为以新能源为主的生产基地。

(二)以“初始能源”产量为基础、原高炉用空气热风量入炉炼铁为依据，来配制120万吨生铁/年新的进气量。据此推导出：

1、原喷射进入高温空气量为465365万Nm³/年。

2、新的进气量配制如下：

(1)喷射进入高温空气量101119.1万Nm³/年。

(2)带进“初始能源”量133774.48万Nm³/年。

合计新法进入高炉混合气体量234893.58万Nm³年。

3、新配比进入高炉气体量较原来减少230471.42万Nm³/年，主要是“初始能源”中所含氧原子和分子替代了空气中的氧分子而使含N₂气量大大減少所致。減少如此大量的风机载荷将为高炉炉顶增压创造条件、提供动力打下基础。

4、计划生产量：由100万吨钢铁生产能力

(1)标准年产100万吨生铁。

(2)超负荷时年产120万吨生铁。

(3)化解“产能过剩”、自定年产约60万吨生铁。

(三)形成“二次新能源”的产量和组成成分：

1、“二次新能源”平均产量：

按时计产气量38.6300万Nm³/时；按天计产气量927.1200万Nm³/天；按年计年总产气量338400万Nm³/年。

2、“二次新能源”成分见表6。

表6 形成二次新能源的组成成分

3、“二次新能源”用途

(1)以30％左右的产气量，除替代原来全部焦炉煤气用户外，以满足该钢铁厂内其它用户使用为原则。

(2)其余部分用于合成代石油产品和发电。

(四)对二次可循环再生能源在导出和净化过程中的利用

1、首先，在图3中通过鼓风机对高炉顶部的二次可循环再生能源人为地加压，当其从管道导出来时、其温度控制在400℃～450℃、带有一定压力的气流，经过电除尘器时再经过人工制造较高的压差，便可利用此中温和压差来进行中温压差发电。

由此可获得200度/吨钢铁生产能力的电能。该钢铁厂100万吨钢铁生产能力，可获得2 亿度/年电能。按0.45元/度外购价估算，可为炼铁降低成本9000万元/年。

2、经电除尘器可除去飘尘、大部分PM10和部分PM2.5。除尘后的中温“二次新能源”、在中温压差发电中逐步消除压差降低压力后，途中再将部分趁热直接送去对热风炉和初始冷却气加热炉进行加热，而所产生的热废气需经氨水治霾回收CO₂循环再利用。

3、经电除尘器后的“二次新能源”经中温压差发电降压后，除部分自用外，大部分需经直冷槽循环水降温至50℃～55℃后送往B-2型三段喷旋塔洗涤，且记这里仅用低温水和常温水做降温处理；出塔后气体温度降至28℃～32℃，经捕雾器除去大部分水汽后，送入二次可循环再生能源气柜，备用。

四、用两种可循环再生能源与焦炉煤气研制合成代石油产品

(一)目的：研制可补充替代汽油的合成代石油产品。

由图4所示：研制以甲醇为主体、乙醇为补充、乙醚为添加剂、丁醚为调节辛烷值的混合合成代石油产品。其特征是以低碳、无硫化物、优于汽油、辛烷值高、耐高寒为特点。这就是图4中设立的除催化合成塔外，特设甲醇提纯塔、乙醇提纯塔、乙醚提纯塔、丁醚提纯塔的目的。

(1)目前国内单独生产甲醇、或乙醇的较多，而生产乙醚的较少，生产丁醚的厂家也不多，但技术都较成熟。

(2)这些单产品均为化工合成、具有高附加值的原料或副产品，多以水煤气为原料制成；近来也有单独焦化厂以焦炉煤气合成的；目前煤炭系统也有以水煤浆研制甲醇类和柴油产品的。但都存在将霾污染源和其温室气体CO₂排向大气的弊端，有继续危害大自然的忧虑。

(3)唯独钢铁厂尤其是以炼铁为主要基础的上述这类钢铁联合企业，是以煤炭、铁矿石为主要原料，最适宜《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》，可取得有益于环保的巨大社会效益和经济效益。这将由所合成的多种代石油产品，调配成符合类似92# 汽油(或市场其它需要型号)的优质产品来满足市场需求可证明以及后面的巨大发电量来佐证。

(二)按图4所示归集合成代石油产品的原料

1、用部分二次可循环再生能源替代出该钢铁厂作为燃料的焦炉煤气，由焦炉煤气气柜引来，送入焦炉煤气中的H₂和甲烷分解后的H₂、CO之中转柜中；

2、用从图2中集中H₂为主气柜即图4中初始可循环再生能源之集中H₂为主气柜引来“初始高H₂能源”，以补充焦炉煤气中H₂之不足为主，送入可循环再生能源中H₂和CO之中转柜中；

3、引来图3中二次可循环再生能源气柜之燃气，即图4序号二次可循环再生能源气柜中燃气主要用以补充CO其不足，也送入可循环再生能源中H₂和CO之中转柜中相互混和。

(三)经化验分析各个气体成分后，需按各个产品合成要求，分别将适量H₂和CO输入二者按比例混和柜再进行混和后测示可行，输送到深度净化塔进一步清除有碍催化合成的杂质后，再导入催化合成塔中获得主体产品成分后，再送往各自精制提纯塔甲醇提纯塔、乙醇提纯塔、乙醚提纯塔、丁醚提纯塔，提纯合格后，输入各产品罐甲醇罐、乙醇罐、乙醚罐、丁醚罐暂存。

1、产品齐全，主体甲醇充足，即可按预定配方分别取样再测试，混配验证，达标后方可按现测调整的配比在合成代石油产品调配槽进行混和。

2、出厂需再检测，写报告，发保单方可放行。

(四)“乏气”汇集

从催化合成塔和各个提纯塔出来的“乏气”均进入“乏气”汇合器，经混合后送入“乏气”贮柜，备用。

“乏气”占其合成用总气量的5％。

(五)研制合成代石油产品各组分、总量及总产值的确定

1、焦炉煤气供气量，由前述年产总量49415.85万Nm³/年，由表2推知：

(1)可提取H₂99％＝24024.107吨/年。

(2)可提取CH₄99.5％＝98335.714吨/年，经氧化分解可获得H₂＝24583.928吨/年，CO ＝172087.5吨/年。

2、由“初始能源”研制中有计划间歇集中制H₂为主可提供的“初始高H₂能源”提取：

(1)补充H₂13600吨/年。

(2)伴随产生CO 190400吨/年。

3、合计总原料可供应用之H₂6.22万吨/年，CO 36.25万吨/年。

4、合成四类代石油产品：预计每100吨代石油产品中甲醇占85％、乙醇10％、乙醚2％、丁醚3％之左右计划组织生产。

(1)H₂量的多少是决定合成代石油产品之产量的关键。此可合成代石油产品总量42.2 万吨/年，平均0.422吨/吨钢铁生产能力。

(2)为此需从“二次新能源”补充CO量35000吨/年，相当于消耗掉“二次新能源”5795 万Nm³/年。

(3)总合成气包括“乏气”5％。

这四类合成代石油产品的年产量：甲醇35.5万吨/年、乙醇4.2万吨/年、乙醚1万吨/年、丁醚1.5万吨/年。

以此组织设计和生产。

(4)该合成代石油产品出厂单价：按92#汽油现行价7600元/吨(2015年12月份)的85％来定出厂价，计6460元/吨；

合计总产值272612万元/年。

(六)研制合成代石油产品的成本预估

1、成本组成包括

(1)用自制氨水治霾回收CO₂的费用。

(2)该钢铁厂巅盛年份总能耗费用的93.4％计入。

(3)除后述发电外，所有新增工艺设备及辅助设备的折旧费和人员工资等总合计。

2、成本核算

(1)由前述可知回收入柜的CO₂230.3653万吨/年，回收成本平均200元/吨CO₂，总共计入46073.06万元/年。

(2)由前述得知：该钢铁厂巅盛年份产全焦89.65万吨/年，产焦炉煤气49415.85万Nm³/ 年，占钢铁厂总能耗量的93.4％；

共合计成标准煤计76.2万吨标准煤/年。

单价成本按800元/吨标准煤计，合计60960万元/年。

由此推知当年该钢铁厂总能耗量为81.6万吨标准煤，总成本达65280万元/年。

所剩余的6.6％成本费4320万元/年将计入下述发电中。

(3)新设备折旧费和人工工资等按合成代石油产品总产值的5％计，达13630.6万元/年。

(4)合成代石油产品总成本合计120663.66万元/年。

(七)、研制合成代石油产品效益评估

1、合成代石油产品42.2万吨/年，总产值272612万元/年。

2、可为国家新增增值税以18％计49070.16万元/年。

3、减去合成代石油产品总成本费则为厂新增收入102878.18万元/年。

4、再将厂里新增收入的30％上缴国库计30863.454万元/年。

5、一个100万吨钢铁生产能力、正处于窘境的钢铁厂，转型为新能源生产基地后，其该项将新增纯利润额72014.726万元；

(1)由此不难推算出：即使该钢铁厂虽已欠下高债6亿元，转型新能源生产基地后，仅此一项投产正常运行一年的收入即可还清欠债外，还可净落12014.726万元/年；

(2)其实从钢铁产品视为零能耗、节资93.4％能耗费中提取6亿元去还欠债，该厂钢铁产品在这一年里已可盈余960万元/年。

(3)这项收入也将是该钢铁厂巅盛年份收入24000万元/年的3倍。

五、将所有剩余燃气进行两步串联发电，再对其废气用自制氨水治霾回收CO₂再循环利用。

(一)由图5所示并结合上述各个步骤实际情况得知：

1、初始能源余气：其柜中余量按零计。因除参与炼铁外，将集中以H₂为主的“初始高H2能源”全部用于合成代石油产品，剩余部分进入“乏气”中。

2、二次新能源余气：其总量减去用于合成代石油产品的5795万Nm³/年和自用30％外，尚余230905万Nm³/年，总热值计1512098941万KJ/年。平均单位热值6548.576KJ/Nm³。

3、合成后乏气：其气量为总合成代石油产品用气量各自余量不等而合计为占其总量的5％，计5223.348万Nm³/年，合计热值30654456.3万KJ/年，平均单位热值为5868.737KJ/Nm³。

4、焦炉余气：

焦炉煤气提取H₂后剩余煤气8741.6638万Nm³/年，其热值162006632.7万KJ/年，平均单位热值为18532.7KJ/Nm³。

5合计进入图5中综合混和气柜的总燃气量可达244870.0118万Nm³/年，合计总热值为 1704760030万KJ/年，平均单位热值6961.898KJ/Nm³。

(二)实行两步串联发电

1、第一步将进入综合混和气柜之燃气送往四级压缩机，形成高压后压入燃气轮发电机里喷射燃烧，转化成电能输送出来，发电后的热废气则导入废热锅炉制造高压蒸汽。

2、第二步，将高压蒸汽送入蒸汽高压气包里形成42Kpa～45Kpa后，输往1号蒸汽轮发电机，发电后控制蒸汽压力在22Kpa～24Kpa间，存入蒸汽中高压气包中；稳压后再输往2号蒸汽轮发电机中，并控制出口压力在8Kpa～13Kpa间，存入蒸汽中低压气包中，专供钢铁厂各处用蒸汽。此后原各处锅炉房可考虑停止生产或減产。

3、两步串联发电燃气发电量约占70％，蒸汽发电量约占30％。

4、从废热锅炉出来的热废气仍用一套氨水治霾回收CO₂法处理。

(1)这套装置也用新设氨回收工段自制18％浓氨水配制8％稀氨水。

(2)此发电后热废气处理重在治霾，确保PM10、SO₂、NO₂趋于零，PM2.5＜5μg/Nm³废气；而回收CO₂仅作为保证该钢铁厂每年从热废气中回收利用不低于230.3653万吨CO₂/ 年为宜，多余只得暂时放散或以后增设CO₂深度提纯净化、贮存另做其它用途，这就是此处在抽风机处设立放散管的目的。

(3)氨吸收的SO₂和NO₂与氨生成不挥发性氨盐沉淀在中间贮罐下部后，放入沉淀物结晶槽中；不仅这里，厂里其他5处均输送到焦化分厂氨回收工段，即图1中所示沉淀物结晶槽中，统一处理，省人省设备；也可因地制宜，综合考虑。

5、氨水用量预估

(1)由前述已知仍有含氨970吨/年的自制18％浓氨水可供这里治霾回收CO₂使用。

(2)已知可供发电用综合燃气达244870.0118万Nm³/年，可产生废气总量247572.9398 万Nm³/年；

其中内含CO₂量181134.5805万Nm³/年，按其重量计355.8000688万吨/年。用配制8％稀氨水吸收预计需1000吨可满足3小时的循环应用；合计需用氨量80吨/年；尚余氨890吨。

(3)该综合燃料发电后产生的废气中含霾污染物SO₂＝0.015％，计36.7305万Nm³/年；含NO₂＝0.01％，计24.4870万Nm³/年。它们生成不挥发性氨盐沉淀结晶，合计生成亚硫酸铵1900吨/年，生成硝酸铵1070吨/年，需消耗氨930吨/年；短缺氨40吨/年。

(4)按照上述五-(二)-4-(2)的提示，对全钢铁厂各处烟道废气自转型后需少回收CO₂数量，再加大洗氨塔富氨水浓度和数量，基本有可能全用自制浓氨水达到根本治霾目标。

6必要提示：按理论推断，第一次全回收该钢铁厂烟道废气CO₂含量97％后，转化为以二次可循环再生能源为主体的新能源理应包含两倍CO₂量，故除新设发电后之废气将大量放散50％CO₂产生量；其它各处烟道废气也应減少CO₂再回收量。这也可理解为：虽然在钢铁厂每年都节能減排温室气体CO₂总量达产生废气中的97％以上，但每年回收转化的CO₂量只能总体上循环一次应用；只有合成代石油产品往后设法增产越多转移CO₂才越多。对多余CO₂在其转型后有了效益再开发新用途。但对一次化石燃料废气减排温室气体CO₂量100％是保证的。

(三)发电量的确定与新增总产值预估

1、参考国内新增煤炭发电额定单位能耗，再结合此实际相比较而确定之。

国家对新增煤炭发电额定单位能耗0.3公斤标准煤/度电能，而国内煤电厂一般平均0.35 公斤标准煤/度电能，此取其中值；据此按热值估算平均有效能耗为9650KJ/度电能。按相当于此综合燃气热值6961.898KJ/Nm³应需1.38612Nm³/度电能；按其平均热效率65％计、实需此燃气2.13249231Nm³/度电能；而两部串联发电，一般均比单独机电发电节能10％，故此新建电厂单位额定能耗应为1.919017Nm³/度电能，即13360KJ/度电能；其有效能耗为 1.247361Nm³/度，合8684KJ/度电能；其余热应在以后研究利用。

2、按此所定单位额定能耗计算将可获得总电量127600万度/年。

据此，可按20万千瓦装机容量增建该新电厂；借以为促进提高热效率留有余地。

3、除去该钢铁厂自用电能10％，计12760万度/年，尚剩富余电能114840万度/年，需上电网外销；平均吨钢铁生产能力又可新增电能1148.4度。相当于该钢铁厂巅盛年份，每生产一吨粗钢铁，还有1063.3度电能潜力未被挖掘。

4、按照目前新能源上电网单价0.45元/度电能计为出厂价，则可新增产值51678万元/ 年。

(四)新发电成本

1、承担该钢铁厂钢铁产品降为零能耗的剩余6.6％能耗量费用即为4320万元/年。

2、由发电设备与治霾设备折旧费和人工工资等按发电总产值的10％，计5167.8万元/ 年。

三项合计总成本费9487.8万元/年。平均每100度电成本费7.43558元。

(五)新型电厂新增效益评估

由发电外销获总产值51678万元/年中

1、可为国家新增增值税18％，计9302.04万元/年。

2、减去增值税和成本费外该钢铁厂又新增收入32888.16万元/年。

3、再可上缴国库30％收入为9866.448万元/年。

4、该钢铁厂又新增纯利润23021.712万元/年。

(1)即新增纯利润230.21元/吨钢铁生产能力。

(2)新建1个20万千瓦机组的两步串联发电厂一年的发电量，而无需煤电厂再消耗40 万吨标准煤/年供电，也就是说用此项新能源余气发电每年可节约40万吨标准煤/年。

六、该钢铁厂需同时增建一个综合实验中心室，预设：

1、氨水化验分析室，包括测试亚硫酸铵、硝酸铵。

2、霾污染检测分析室。

3、“初始能源”分析室。

4、“二次新能源”分析室。

5、合成代石油产品分析室。

6、汇集燃气综合发电分析室。

七、投资与人员增加预估

(一)仅在该钢铁厂内现行基础上预估总投资2亿元人民币。

1、平均吨钢铁生产能力投资200元。

2、由设计到施工建设完工用时1年。

3、边试运行边改进用时6个月。

4、投产达标用时3个月。

5、经鉴定达到示范厂目标用时3个月。

合计共需2年可达到正式转型运作生产；供示范参观、启动模仿推广到全国，达成共识、再加上各方齐推动，可在3年内改变中国钢铁现状，成为供给侧结构改革、转型升级重大成果。

(二)转型增加人员预估

除硫铵工段人员变成氨回收工段供给浓氨水为主、归集7处亚硫酸铵、硝酸铵分离提纯包装新岗位外；硫铵工段仍保留做净化工序或以后改为黄血盐生产地。

1、新增工程转型改造建设指挥部32人，党委组织宣传11人。

2、氨回收工段35人。

3、治霾与回收CO₂原6处再加发电1处共250人。

4、合成代石油产品300人。

5、发电包括变压外输300人。

6、中心化验室与全维修车间共410人。

7、保卫、仓库、外销等250人。

共计1588人新岗位。(应首先解决该厂富余人员后，再以扶贫对象为主招工)。

八、总结

将一个100万吨/年钢铁生产能力的濒临“僵尸企业”边缘的钢铁厂，采纳《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》，经2年改造转型达标成为一个新能源兼钢铁产品示范厂后，将出现国家和人民所期望的新气象：

(一)、彻底解除原钢铁厂霾污染源及其温室气体CO₂的高污染问题。

以自制氨水对各处烟道热废气除污治霾回收其CO₂为230.3653万吨/年，此环节减排温室气体CO₂总量237.49万吨/年的97％；消除厂区霾污染源的96％；减少市区霾污染量18％；且将消除的霾污染物已部分变为有益产品，而年回收万余吨颗粒物包括PM10、PM2.5在内有待进一步研发其有益用途。

1、彻底解除原钢铁厂高能耗问题

将一个具有100万吨/年钢铁生产能力的企业，巅盛年份曾超负荷生产过120万吨/年粗钢铁产品，总能耗达81.6万吨标准煤/年的钢铁厂降为视钢铁产品为零能耗的厂家。从此后，生产钢铁产品或多或少，每年都按节能降耗可节资65280万元/年计入钢铁产品纯利润中，再也不会亏损。

2、彻底化解钢铁“产能过剩”问题

(1)经此改造转型后钢铁产品降为辅助生产过程的零能耗副产品，虽对该厂经济效益不再起主导作用，但却仍有增加经济效益、只盈不亏的职能，如上所述。

(2)其产量可以市场需求为导向，由铁矿石品位调节，可以灵活机动地在60％～120％的钢铁生产能力之间安排产量，故可主动化解钢铁“产能过剩”的问题。

(3)由此后因以研制新能源为主，钢铁以吨钢铁生产能力按1.2吨产量计，每年减排温室气体CO₂量2.303653吨，零能耗每年节资652.8元。即节能減排量不再受钢铁产品多少而变动。

(二)该钢铁厂将转型为以新能源为主、钢铁产品为副的双重战略生产基地；且变治霾物质为有益产品，还可增加其它有益化工产品。

1、根据市场需求，维持钢铁产品产量在60万吨/年～120万吨/年，保持国家钢铁战略物资生产基地的地位，其产品也可以有目的地升级。

2、新增大量能源物资

(1)合成代石油产品42.2万吨/年，相当于新建1个100万吨生产能力、且需有45％之 92#汽油的炼油厂。

(2)新增发电127600万度/年，需新建1个20万千瓦装机容量的、节约煤炭40万吨标准煤/年的两步串联发电厂。

从此又可以其主导产品取得国家新能源战略生产基地的地位。

(3)其它，包括中温压差发电、亚硫酸铵和硝酸铵等产品重在降低成本，可做为新增岗位、增加就业人员对待。

(三)、其新增能源的效益与该钢铁厂巅盛年份相比

该厂巅盛年份曾年获纯利润24000万元/年，且超负荷生产粗钢铁120万吨/年。转型以新能源为主后：

1、合成代石油产品总产值272612万元/年，平均单位成本费2859.33元/吨，其总成本费120663.66万元，可获纯利润72014.726万元/年。

2、新增外销发电量之总产值51678万元/年，平均每100度电成本不到7.44元，其总成本9487.8万元/年，可获纯利润23021.712万元/年。

3、两项新增能源合计总产值324290万元/年，年新增纯利润95036.438万元/年，加上视钢铁产品为零能耗而节资65280万元/年，为原仅钢铁产品巅盛年份的6.5倍多。投产后产品暢销的话，每天创纯利润439万元/天，用不到140天即可偿还清6亿元的多年欠债。

(四)之所以有如此转型效益：

1、就在于采取《用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的技术》，以对100 万吨/年钢铁生产能力、超负荷生产中所产生的CO₂回收达230.3653万吨/年为根本；

治霾则是回收烟道废气中CO₂的必须净化过程。

2、以该厂用煤为原料生产的全赤焦89.65万吨/年为基础。

(1)将这两种原料在干熄焦室让CO₂与赤焦融合发生接触反应，消耗30％全赤焦，而生成“初始能源”164238.48万Nm³/年，以此为起步。

该“初始能源”具有以CO₂为主、CO较多、含H₂不少为特点。

(2)在炼铁高炉炉膛内，以少量空气中的氧为助燃剂，干熄焦后剩余焦炭中大于25mm 的块焦与大部分“初始能源”共同参与炼铁，对不同形态铁矿石发生氧化还原反应，产生更富裕的CO₂与赤焦融合发生激烈的接触反应，生成更多CO汇入早已较多的CO中，如此反复循环再生再强化反应，最终化出铁水下行到高炉底部，气体上行形成庞大的低N₂、多H₂、高CO的“二次新能源”338400万Nm³/年，上行到高炉顶部导出。

3、从此，钢铁产品降为零能耗产品。

(1)首先变高炉炼铁为进一步研制新能源的转化过程，铁矿石化为生铁成为气固能源融合的转换传递者，从而将生铁视作降为零能耗产品；研发的“二次新能源”比”初始能源”产量翻一番，热值增高成为新的主产品。

(2)所余6.6％的原钢铁产品总能耗，将由新发电的电能替代，从而全部钢铁产品降为零能耗。

4、庞大的新能源孕育出三大硕果：

(1)首先钢铁产品降为零能耗，是其能耗转为新能源的过程；在形成“二次新能源”向外输送途中又用于中温压差发电，中温压差发电利用后又趁热将部分送去供热风炉和加热炉燃烧加热，其冷却入柜后又将30％左右的“二次新能源”替代出全部原焦炉煤气，并满足各处的用气；让全部焦炉煤气转向新用途。

(2)用部分“初始高H₂能源”和”二次新能源”与焦炉煤气共同研制合成代石油产品，成为钢铁厂转型的主导产品。

(3)再将合成代石油产品后所有剩余燃气汇集用来发电，生产大量电能使钢铁厂变成绿色能源基地的重要标志。

由此取得上述巨大的环保效益、社会效益和经济效益。

Claims (6)

1.一种用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，在传统重化工业中，将化石燃料转化成包含CO₂的气态能源，作为原料进而合成化工产品，其特征是：对钢铁厂烟道热废气通过用氨水治霾回收其温室气体CO₂，再将收集到的CO₂加H₂O气加热升至高温，与该钢铁厂焦化分厂的赤焦反应生成两种初始可循环再生能源：“初始热能源”和“初始高H₂能源”，统简称“初始能源”；再将该“初始热能源”和高温热空气共同参与高炉炼铁，研制出二次可循环再生能源，简称“二次新能源”，对高炉顶部的二次可循环再生能源加压，经除尘、压差发电降压后，除趁热供高炉自用外全部降温净化存入二次可循环再生能源气柜后，同时分三方面应用：一是将部分“二次新能源”用于替代全部焦炉煤气及满足钢铁厂原来各处用户需要；二是将部分“二次新能源”同部分“初始高H₂能源”混和后、与焦炉煤气配合研发多种合成代石油产品，同时将参与合成而未转化成液体产品的气体、简称合成后“乏气”收集到乏气贮柜里，备用；最后将剩余的“二次新能源”余气和其它剩余燃气，包括“初始能源”余气、合成后“乏气”及焦炉煤气的余气汇集一处进行两步串联发电，该电能除满足钢铁厂需要外，与合成代石产品一样组织外销；发电后的烟道热废气再用氨水治霾回收CO₂法净化后再将回收的CO₂循环再用；厂内所有烟道热废气均需经此净化方可放散大气中，从而消除厂区霾污染主源，CO₂减排回收率97％得以转化利用；此外火电等传统重化工业及其它行业之烟道热废气选用氨水治霾回收CO₂法治理之，不仅节能环保，也可获得可观经济效益。

2.根据权利要求1所述的用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，其特征是：用自制氨水治霾回收CO₂；先利用烟道热废气为热源自制浓氨水，再用该氨水对钢铁厂所有烟道热废气治霾回收CO₂；即将钢铁厂焦化分厂之热废气从烟囱导出后，首先经除尘，消除飘尘、减少PM10后利用其余热将焦化分厂洗氨塔下的富氨水间接加热，研制出浓氨水和配制出8％稀氨水；同时使热废气降至中低温度，利用其凝结水汽消除其大部分PM10和部分PM2.5，导出并分离出去；初步净化的中低温废气再用配制的常温稀氨水在塔中多次循环雾化喷射洗涤，除去PM10和PM2.5，同时吸收其中的CO₂、SO₂和NO₂使PM10、SO₂和NO₂趋近于零，对该废气中的CO₂回收率＞95％，使PM2.5＜5μg/Nm³废气；出塔后再经捕霾器除去水分、捕捉漏掉的PM2.5和CO₂后，进一步使该废气中所含PM2.5＜2μg/Nm³废气，CO₂＜3％，合计对该废气中所含CO₂的回收率达97％以上，再将该废气无害放散大气中；而当反复循环吸收CO₂、SO₂和NO₂的8％稀氨水达到饱和时，抽出加热释放出CO₂，便将CO₂收集送入CO₂气柜中备用；释放出CO₂后的稀氨水，因SO₂和NO₂耗去氨后生成亚硫酸铵和硝酸铵沉淀，需经中间贮槽静置后，抽出送结晶槽提取产品；这些产品使稀氨水浓度降低，需用部分浓氨水调配达标后，再送回8％稀氨水槽循环使用；当自制氨水不足时，需外购；此谓用氨水治霾回收CO₂法；而对钢铁厂其它各处热废气从烟囱引出除尘后，则需经循环水直冷降温、再对初步净化的中低温废气用氨水治霾回收CO₂法处理之，并将回收的CO₂存入CO₂气柜内，备用。

3.根据权利要求2所述的用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，其特征是：其中用自制氨水治霾回收CO₂法回收的CO₂加H₂O气与赤焦反应研制两种初始可循环再生能源，即“初始热能源”和“初始高H₂能源”；将回收到的CO₂从CO₂气柜抽出，逆向利用钢铁热制品和干熄焦室赤焦降温时的余热和显热加热升至高温，与钢铁厂焦化分厂干熄焦室内赤焦融合发生接触反应，生成初始可循环再生能源，部分经除尘、用水降温洗涤净化冷却后、简称“初始冷却气”，存入初始冷却气气柜内备用，大部分以高温生成的初始可循环再生能源形态一出干熄焦室、经除尘后就输往炼铁高炉附近、参与高炉炼铁，简称“初始热能源”；用该方法研制“初始高H₂能源”，是基于因回收到的CO₂存入CO₂气柜时不可避免会有H₂O气带入，同样二者也会一同与赤焦反应，据此，也可有计划地伴随加入定量水雾吸热汽化成H₂O气，或可间歇地单独定量加入水雾吸热汽化成H₂O气及少量空气，与干熄焦室内赤焦融合发生接触反应、制取H₂含量高且集中的燃气，单独设集中H₂气为主气柜收留，此谓研制初始可循环再生能源，简称研制“初始能源”；这种“初始高H₂能源”就是间歇地单独定量以水雾为主、逆向仅利用干熄焦室赤焦降温时的余热和显热、加热成高温H₂O气与赤焦反应研制出H₂含量高且集中的燃气，存放在集中H₂气为主气柜内，备用。

4.根据权利要求3所述的用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，其特征是：用“初始热能源”与高温空气共同参与高炉炼铁研制二次可循环再生能源；即将初始可循环再生能源中的送往炼铁高炉附近的“初始热能源”为主体，加上经加热升至高温的“初始冷却气”合为一体与部分可控高温空气按预设比例、以喷射气流形态并行进入炼铁高炉下部风口焦区里、強化燃烧后以维持炉底铁水温度，气流则沿炉膛内部由下而上分散上升，富裕的CO₂与CO、H₂经炉内赤焦椎柱形成融合包围、发生激烈接触反应，边生成更富裕CO、边与铁矿石高温下进行氧化还原反应，又转化为较富裕CO₂，此CO₂上升遇到赤焦层再与其密集融合发生激烈接触反应、生成新的CO使富裕的CO累加更多，再与铁矿石发生氧化还原反应、生出占比较小的CO₂，如此反复循环反应、在气流上升过程中反复生成CO₂占比越来越小，当气流上升到高炉炉膛中上部、炉料赤焦层发暗时，互动反应由强到弱、直到基本无反应时，便形成CO与CO₂相平衡的低N₂、多H₂、高CO包含CO₂及微量SO₂、NO₂的二次可循环再生能源，简称“二次新能源”，在加压状态下从高炉顶部导出，通过电除尘、压差发电降压后，再趁热将其部分“二次新能源”供高炉自用，用于替代原来供高炉附设的热风炉和加热炉的燃料燃烧加热；压差发电的电能可用来减少高炉原需外供电量及降低炼铁成本，燃烧热废气导向新设的用氨水治霾回收CO₂系统处理后、无害放散大气中；发电后除高炉自用外剩余大部分“二次新能源”需经直冷降温、净化、除水后存入二次可循环再生能源气柜内，同时分三方面应用：一是将其部分“二次新能源”用来替换全部焦炉煤气和满足钢铁厂其他各处用户用燃气，且将替换出的焦炉煤气存入焦炉煤气气柜中，备用；二是将部分“二次新能源”与部分“初始高H₂能源”分别送入中转柜内相互混和，形成可循环再生能源混和燃气，备用；焦炉煤气和这混和燃气是专为研制合成代石油产品备料；三是除去前二项计划用燃气外剩余的“二次新能源”称为二次新能源余气，将和其它剩余燃气汇集用于发电。

5.根据权利要求4所述的用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，其特征是：其中用”初始热能源”与高温空气共同参与高炉炼铁研制二次可循环再生能源的方法包括：将可循环再生能源混和燃气与焦炉煤气相配合研制合成代石油产品；该方法是先备料：即一是将按预定比例送入中转柜的“二次新能源”和“初始高H₂能源”相互混和形成可循环再生能源混和燃气、以增加其H₂和CO含量、作为CO为主兼H₂气来源的合成配合原料，二是将替换出的焦炉煤气中的H₂和CH₄分解后的H₂、CO合计、作为H₂气主要来源的合成主要原料；再合成：就是将这两种备料二者按比例混合、深度净化，分别催化合成各种代石油产品、经各自提纯后分别存入罐中；再经调配研制出可替代92^#汽油的类似产品，以低碳、无硫化物为凸出特点、作为可补充92^#汽油市场供应不足的部分售出；对参于催化合成而未能转化为液体产品的气体、简称合成后“乏气”，将作为一种燃气汇集于乏气贮柜内，备用；再将除去计划用于替换焦炉煤气和满足钢铁厂其它用户用燃气、及用于合成代石油产品之计划产量以外的剩余燃气：包括“初始能源”余气、“二次新能源”余气、合成后“乏气”以及焦炉煤气的焦炉余气，归并起来存入综合混和气柜内，备用。

6.根据权利要求5所述的用回收CO₂在钢铁厂研制可循环再生能源系列产品的方法，其特征是：汇集剩余燃气进行发电后对其热废气再治霾回收CO₂循环再用；将输入綜合混和气柜内的初始能源余气、二次新能源余气、合成后“乏气”及焦炉余气归并一起混和后，再抽出经四级压缩机压缩后先供燃气轮机发电；其后热废气送废热锅炉生产高压蒸汽再供蒸汽轮机发电，并将此发电后废热蒸汽存入蒸汽中低压气包，以供钢铁厂各处用汽需要；同时，对离开废热锅炉的热废气，仍用氨水治霾回收CO₂后放散大气中；回收的CO₂循环再用，沉淀的亚硫酸铵、硝酸铵卸入沉淀槽结晶、分离、包装、外销。