传统钢铁工业的生产过程严重依赖于煤和焦炭等化石燃料，因此，钢铁行业也成为仅次于电力行业的能耗和CO₂排放大户。国际能源署的统计结果表明制造业CO₂排放量约占全球CO₂排放总量的40%，其中钢铁工业占制造业CO₂排放量的27%左右，其中炼铁系统的能耗占钢铁生产总能耗的70%以上，CO₂排放量约占钢铁生产全流程的80%左右，是钢铁工业节能减排的重点环节。坚持高炉精料操作，优化风温、富氧等调剂手段，推进低燃料比操作固然是炼铁系统降低能耗，减少CO₂排放的重要措施之一，但减排效果十分有限，采用碳捕捉结合低碳炼铁技术减少CO₂直接排放，将逐步成为解决钢铁行业碳排放的有效措施。
目前主要有3种CO₂捕捉工艺，包括燃烧前捕捉、燃烧过程捕捉和燃烧后捕捉，其中，燃烧后捕捉是唯一实现工业化的工艺过程，世界范围内已投产的燃烧后捕捉CO₂装置包括挪威的年处理300万吨CO₂装置和加拿大100万吨/年的CO₂捕捉装置。这些技术的核心是气体的分离，燃烧后捕捉CO₂是CO₂与N₂的分离，燃烧前捕捉是CO₂和H₂的分离，而燃烧过程捕捉是空气中O₂的分离。所有技术中气体的分离均需要在一定的温度、压力和CO₂分压条件下进行，捕捉工艺选择的关键是实现能耗和捕捉成本最低。
（1）日本JFE物理吸附法分离高炉煤气CO₂。日本JFE钢铁公司在福山厂建立了小型CO₂捕捉试验设备，其处理能力为3t/d，煤气约300m³/h，采用物理吸附技术路线分离高炉煤气中的CO₂。该项目是日本“冷地球50”（COURSE50）计划的子项目之一。高炉煤气经过加压、冷却后，依次流经脱湿塔和脱硫塔脱除煤气中的水分和硫化物，净煤气进入PSA核心处理单元。该单元分为两段，第一段是CO₂-PSA，第二段是CO-PSA，分别将CO₂和CO从煤气中分离出来。分离回收的CO气体是高热值气体燃料，可用于烧结、热风炉及轧钢等工序。
JFE高炉煤气碳捕集计划/图片来自网络
（2）新日铁化学吸收法分离高炉煤气CO₂。新日铁在君津厂建造了高炉煤气CO₂捕集试验装置，处理能力约为100m³/h，该试验装置主要由三部分组成：吸收塔、再生塔和再沸器及富液与贫液换热系统。吸收塔内采用胺溶液逆向喷淋技术，捕捉进入吸收塔内的高炉煤气中的CO₂。富含CO₂的富液经换热后泵入再生塔上部汽提解吸部分CO₂。经汽提解吸后的半贫液进入再沸器，使CO₂进一步解吸。解吸CO₂后的贫液经处理后可返回吸收塔循环使用，捕捉得到的高浓度CO₂处理后可用于化工生产、开采石油等。
（3）浦项化学法吸收分离高炉煤气CO₂。与新日铁化学法不同，浦项制铁采用氨水作为化学吸收剂，基本流程与新日铁的有机胺法相似，但解吸温度远低于新日铁。新日铁采用常规有机胺法，其解吸温度约为120℃，而浦项制铁采用的氨水法的解吸温度仅为80℃，使气体解析过程的能耗大幅度降低。此外，浦项制铁还在研究PSA法的高炉煤气CO₂分离技术，已经搭建了处理能力为1m³/h的小型试验平台。
（4）安赛乐米塔尔氧气高炉煤气CO₂分离。氧气高炉的高炉煤气中仅含有CO和CO₂的混合气，仅含有极少量的氮气。米塔尔公司在Eisenhüttenstadt-EHS 钢厂建设了真空变压吸附（VPSA）设备，并在产能为70万吨/年的高炉上投入使用。该项目主要研究高炉炉顶煤气循环工艺及闭环操作的可行性。高炉顶部煤气循环（TGR-BF）是ULCOS项目的一项重点新技术，欧盟选择了VPSA法提纯CO，吸附尾气即为CO₂。VPSA相比于PSA，尾气杂质解析得比较彻底，缺点是需要增加动力设备和抽真空设备，固定投资随之增加，运行费用也会相应增加。
来源：双碳战略研究小组
