四川天人化学工程有限公司

变压吸附空分制富氧、制纯氮技术

Wed, 27 May 2026 20:45:26 +0800

（1）技术特点：空气分离提纯富氧和氮气。

（2）主要性能指标：O2纯度>95%，N2纯度> 99.5%。

变压吸附提纯二氧化碳技术

Wed, 27 May 2026 20:44:50 +0800

（1）适用范围：富二氧化碳混合气中分离提纯工业级或食品级二氧化碳。

（2）技术特点：CO2纯度> 98%。

变压吸附脱碳技术

Wed, 27 May 2026 20:44:08 +0800

（1）适用范围：

①液氨和甲醇原料气脱碳，该项技术可用于大型脱碳工业专职或原有脱碳装置的改造和扩能；

②脱除尿素变换气中的二氧化碳，同时分离提纯二氧化碳，使二氧化碳达到生产尿素的要求。

（2）技术特点：

①采用多种回收工艺，对CO和CO2含量高的变换气体，大大的减少了有效气体的损失，增加了产能；

②净化气CO2≤0.06%，H2收率≥99.5%，N2收率≥96%，CO2产品气纯度≥98.5%，CO2收率≥95%；

③操作压力：0.8～3.2MPa，水电等消耗低，无蒸汽和化学品消耗。

变压吸附提氢技术

Wed, 27 May 2026 20:42:45 +0800

（1）适用范围：

①变换气、合成氨含氢混合气体、合成弛放气、甲醇尾气、氢化钠尾气、催化干气、膜分离气、重整氢等多种含氢气源；

②焦炉气、荒煤气、水煤气、半水煤气等各种含氢气体。

（2）技术特点：

①流程先进可靠、多塔操作，氢气收率高，根据气源和产品条件不同氢回收率在60-96%之间；

②适用压力范围宽：0.2～6Mpa，产品纯度在90～99.9999%范围内可调；

③能耗低、操作弹性可达20～120%。

变压吸附分离提纯甲烷新技术

Wed, 27 May 2026 20:40:21 +0800

（1）适用范围：

①焦炉气、煤层气等其它含甲烷气分离提取和提纯甲烷；

②可用于浓度低至4%的低甲烷浓度混合气的提浓。

（2）技术特点：

①省去甲烷化工序，投资低，授权专利1，获得省部级科技进步奖2项；

②可分离提浓低浓度甲烷混合气，可将浓度为4~25%的低甲烷混合气提浓至30%以上，最高达100%。

变压吸附提纯一氧化碳技术

Wed, 27 May 2026 20:09:58 +0800

（1）适用范围：

①煤气、半水煤气及其他富含CO的原料气；

②天然气和石油转化的合成气以及钢铁厂、电石厂和黄磷厂的尾气等。

（2）技术特点：CO纯度> 95%，CO收率> 99%。

我公司成功收购四川竞一化学品有限公司

Wed, 27 May 2026 17:50:32 +0800

2010年8月24日，热烈祝贺四川天人化学工程公司成功收购四川竞一化学品有限公司。

【技术文献】高炉渣处理技术的现状及发展方向

Wed, 27 May 2026 17:48:21 +0800

高炉渣处理技术的现状及发展方向

孔德文,张建良,郭伟行,左海滨,吴小兵

( 北京科技大学冶金与生态工程学院)

摘要阐述了拉萨法( RASA) 、因巴法( INBA) 、图拉法( TYNA) 、底滤法( OCP) 等当前高炉渣处理工艺的技术现状，认为目前的高炉渣处理存在水耗大、炉渣显热利用率低和硫化物等污染物排放的问题。拟开发的高炉渣干式粒化工艺能有效解决这些问题，是高炉渣处理利用的发展趋势。

关键词高炉渣；处理；热量；干式粒化

国家“十一五”规划提出了节能减排的战略目标，建设资源节约型、环境友好型社会成为工业化、现代化发展战略的首要任务。作为国家建设的基础行业，我国钢铁行业自20 世纪90 年代以来快速发展。在现代钢铁产业中，高炉炼铁工序能耗约占钢铁联合企业总能耗的60%［1］，是钢铁产业的能耗大户，其节能减排潜力巨大。而高炉渣作为钢铁行业产量最大的副产品，其处理不仅消耗大量能源，同时也排出大量有害物质。另一方面，每炼出1t 生铁大约产生250 ～300kg 的高炉渣［2］，按照我国生铁年产量50000万t 计算，产渣量达12500 万t。普通高炉液态炉渣的温度约在1400℃，热焓为1670 ～1880kJ /kg，约为炼铁工序能耗的4% ～ 10%［3］，对高炉渣余热的有效利用，也是钢铁行业节能降耗的一种非常有效的措施。因此，对高炉渣的处理工艺研究非常必要。

高炉渣的主要成分是氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅，属于硅酸盐质材料。在进行急冷处理过程中，熔态炉渣中的绝大部分物质还没形成稳定的化合物晶体，而是以无定形体或玻璃体的状态将没能释放的热能转化为化学能储存起来，从而具有潜在的化学活性，是优良的水泥掺和料。

1 我国高炉渣处理工艺现状

目前，我国在生产中应用的高炉渣处理工艺主要是水淬粒化工艺和干渣处理工艺。由于后者资源利用率低并且环境污染较严重，一般只在事故处理时使用。水淬粒化工艺，就是将熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却限制其结晶，使其在热应力作用下粒化。水淬后得到沙粒状的粒化渣，绝大部分为非晶态。按脱水方式分为: ( 1)脱水槽法，亦即拉萨( RASA) 法; ( 2) 转鼓脱水法，包括因巴( INBA) 法和图拉( TYNA)法; ( 3) 渣池过滤法，亦即底滤( OCP) 法。

1. 1 拉萨法( RASA)

拉萨法水淬渣系统是由日本钢管公司与英国RASA 贸易公司共同研制成功的( 图1) ，1967年在日本福山钢铁厂1 号高炉( 2004m3) 上首次使用。我国上海宝钢首次从日本“拉萨商社”引进了这套工艺设备( 包括专利技术) 。其工艺流程是: 高炉渣由渣沟流入冲制箱，与压力水相遇进行水淬。水淬后的渣浆在粗粒分离槽内浓缩后由渣浆泵送至脱水槽，水渣脱水后外运。脱水槽出水流到沉淀池，沉淀池出水循环使用。该法优点是: 工艺布置灵活，炉渣粒化充分，成品渣含水量低，质量好，冲渣时产生的大量有害气体经过处理后排空，避免了有害气体污染车间环境。其缺点是设备复杂，耗电量大，渣泵及运输管道容易磨损等，现阶段很少有新高炉应用拉萨法处理高炉渣。

1. 2 因巴法( INBA)

因巴( INBA) 冲渣系统是由比利时ARBED集团开发的( 图2) ，第一套因巴装置于1980 年安装在比利时SIDMAR 厂B 高炉上。因巴冲渣系统在世界钢铁企业范围应用比较广泛，包括日本的川崎钢铁千叶6 号高炉( 4500m3 ) ，法国日产万吨生铁的敦刻尔克4 号高炉( 4580m3 ) ，国内的宝钢、武钢、马钢、鞍钢、本钢、太钢等很多钢铁企业都应用因巴工艺处理炉渣。其工艺流程是: 高炉渣由熔渣沟流入冲制箱，经过冲制箱的压力水冲成水渣进入水渣沟，然后经滚筒过滤器脱水排出。因巴法有热INBA、冷INBA 和环保型INBA之分。三种INBA 法的炉渣粒化、脱水的方法均相同，都是使用水淬粒化，采用转鼓脱水器脱水，不同之处主要在水系统。热INBA 只有粒化水，热INBA 粒化水直接循环; 冷INBA 粒化水系统设有冷却塔，粒化水冷却后再循环; 环保型INBA 水系统分粒化水和冷凝水两个系统，冷凝水系统主要用来吸收蒸汽、二氧化硫、硫化氢。环保型INBA 与冷、热INBA 比较，最大的优点是硫的散放量很低，它把硫的成分大都转移到循环水系统中。

1. 3 图拉法( TYNA)

图拉法水渣处理技术是由俄罗斯国立冶金工厂设计院研制( 图3) ，在俄罗斯图拉冶金厂2000m3 高炉上首次使用。该装置自投入运行，到目前为止运行状况良好。该技术在我国首次使用是1997 年唐钢原1 号高炉易地大修为2560m3高炉时，对应高炉的3 个铁口，从俄罗斯引进了3 套粒化渣处理设备，于1998 年9 月26 日唐钢二炼铁厂2560m3 高炉建成投产时投入运行。图拉法渣处理工艺过程主要分为: 炉渣粒化、冷却; 水渣脱水; 水渣输送与外运; 冲渣水循环。该工艺设备简单，安全性高，耗水量小，运行费用低，可以处理含铁量小于40% 的熔渣，不需要设干渣坑，占地面积小。

1. 4 底滤法( OCP)

高炉熔渣在冲制箱内由多孔喷头喷出的高压水进行水淬，水淬渣流经粒化槽，然后进入沉渣池，沉渣池中的水渣由抓斗吊抓出堆放于渣场继续脱水( 图4) 。沉渣池内的水及悬浮物通过分配渠流入过滤池，过滤池内设有砾石过滤层，过滤后的水经集水管由泵加压后送入冷却塔冷却、循环使用，水量损失由新水补充。其特点是: 机械设备少，施工、操作、维修方便，循环水质好，水渣质量好，冲渣系统可实现100% 循环使用，没有外排污水，有利于环保。其缺点是占地面积大，系统投资也较大。

近期，中冶京诚工程技术有限公司发明了一种环保型底滤法高炉渣处理设备，该新型系统能够实现节能、减排、安全生产，彻底改变传统底滤法占地面积大的弊端，达到了降低建设、运行成本的目的。表1 表示的是上述几种高炉渣水淬处理方法的主要技术指标。

1. 5 当前高炉渣处理工艺存在的问题

目前我国钢铁工业生产中，高炉渣的处理几乎都是采用水淬法进行。但是应该认识到水淬法渣处理工艺也存在着一些缺点: ( 1) 水耗高。这对于水资源严重短缺的国家来说，问题尤为严重。( 2) 在水淬渣过程中产生大量的H2S 和SOx随蒸汽进入大气，造成环境污染。( 3) 没有回收炉渣显热。1450 ～ 1500℃的液态高炉渣极具余热利用价值，但在国内高炉渣余热回收率很低，仅为10%左右。( 4) 需干燥处理。高炉水渣含水率高达10% 以上，作为水泥原料时须干燥处理，仍要消耗一定的能源。

如上所述，水渣工艺不但浪费大量的新水资源，而且降低能源的使用效率，同时还带来了环境污染。我国是世界上第一钢铁大国，又是水资源和能源匮乏的国家，因此更迫切的需要新工艺来对高炉渣进行处理。

2 高炉渣处理的发展方向

2. 1 干式粒化工艺

干式粒化工艺是在不消耗新水的情况下，利用高炉渣与传热介质直接或间接接触进行高炉渣粒化和显热回收的工艺［4］，几乎没有有害气体排出，是一种环境友好型、资源节约型的新式处理工艺。它的明显优势是有效回收了高炉渣的显热，节约了大量新水，而且得到的渣粒非晶相含量超过95%［5］，能够作为制造水泥的优质原料。高炉渣的显热回收包括两个关键的操作: 一是高炉渣的粒化，另一个就是热量的回收。利用空气回收炉渣的热量，将热空气用作助燃空气，或通过余热锅炉以蒸汽的形式回收热量。在高炉渣热量回收的过程中，熔渣的粒化效果影响着热回收率。熔渣的粒化效果决定了渣粒与换热介质的换热效果，渣粒越小其换热时间越短，换热效果越好。

关于高炉渣干式处理方面的研究工作，攀钢研究院曾于20 世纪80 年代做过一些模拟试验，这项工作做了部分实验室的冷态模拟，但没有进一步深入研究。在国外，自20 世纪70 年代以来，前苏联、英国、瑞典、德国、日本、澳大利亚等国就有研究高温熔渣( 包括高炉渣、钢渣)干式粒化技术的记录，有的工艺还进行了工业试验，但是到目前为止还没有一种真正实现工业化。进行过工业试验的干式粒化方法有三种: 滚筒法、风淬法和离心粒化法。表2 是各种熔渣干式粒化技术的比较。

( 1) 滚筒( 转鼓) 法

日本住友金属20 世纪80 年代曾建立了采用滚筒法处理高炉渣，能力为40t /h 的试验工厂［6］。方法如下: 当渣流冲击到旋转着的单滚筒外表上时被破碎粒化，粒化渣再落到流化床上进行热交换，可以回收50% ～60% 的熔渣显热。它得到的产品是混凝土骨料。

( 2) 风淬法

风淬法处理高温熔渣在日本、德国、瑞典、韩国等国家均有研究。其中，日本在这一方面做的工作比较突出。新日铁、日本钢管、川崎制铁、神户制钢、住友金属和日新制钢6 家公司从1982 年开始在新日铁名古屋3 号高炉上进行了为期6 年的风淬法高炉渣干式粒化试验。试验流程为: 从高炉排出的1450℃液态高炉渣流入风洞内的粒化区域，在此高压高速的气流将熔渣吹散、微粒化。大部分渣粒与安在风洞内的分散板和内壁碰撞( 此时渣粒的温度已经降到1050℃)而落下，在渣粒下落的过程中从风洞的下部吹入的冷却空气使渣粒冷却到800℃ 并从风洞中排出。排出的粒化渣经热筛筛除大颗粒炉渣后，储存在高温漏斗内，然后在多段流动层内进行二次热交换，把粒化渣进一步冷却到150℃左右。NKK和三菱重工合作研究的钢渣风淬粒化工艺和俄罗斯乌拉尔钢铁研究院为查布罗什钢铁厂研制的钢渣风粒化和热能回收装置在整体思路上与新日铁的风淬高炉渣工艺类似。

( 3) 离心粒化法( 转杯或转碟法)

这项技术英国、日本、澳大利亚等国均有研究。英国的Keveaner Davy 公司在此技术上颇有建树。它使用可变速的转杯对渣液进行粒化。熔渣通过覆有耐火材料的流渣槽从渣沟流至转杯中心，在离心力作用下被冷却( 温降100 ～200℃) ，渣粒碰到粒化器内壁时已经足够硬，不会粘到壁上，这一点因水冷壁的存在得以加强( 温降约150℃) 。

离心粒化法曾经于20 世纪80 年代初期在英国钢铁公司Redcar 高炉上进行了为期数年的工业试验。我国东北大学对该工艺也进行了深入研究，分析了高炉熔渣的粒化机制，研究了转杯边缘线速度和熔渣温度对渣粒平均直径和质量分布的影响［7］。

上述水淬粒化工艺和干式粒化工艺，都是通过接触传热或辐射传热来回收熔渣显热的工艺，属于物理法。它的特点是能量转化次数多，熔渣所含高品质能量经过大量介质换热，回收到的是低温品质能量，并且温差越大，热损失就越大。为了从根本上解决这个问题，化学法回收熔渣热量的研究势在必行。

2. 2 化学法处理高炉渣

化学法是将高炉渣的热量作为化学反应的热源回收利用。Bisio 等研究将高炉渣显热转化为化学能以达到回收炉渣余热的目的［8］。甲烷( CH4) 和水蒸气( H2O) 的混合物在高炉渣高温热的作用下会生成一定的氢气( H2) 和一氧化碳( CO) 气体，通过此吸热反应将高炉渣的显热转移出来，化学反应式如下:

CH4( g) + H2O( g) = 3 H2( g ) + CO( g)

生成的气体进入下一反应器，在一定条件下氢气和一氧化碳气体反应生成甲烷和水蒸气，放出热量。高温甲烷和水蒸气的混合气体经热交换器冷却，重新返回循环使用，热交换出来的热量经处理后可供发电、高炉热风炉等使用。

日本学者也提出用液态渣的余热进行混合气体制氢的方法:

( 1) 甲烷和水蒸气制氢CH4( g) + H2O( g) = 3 H2( g ) + CO( g)

( 2) 沼气制氢CH4( g) + CO2( g) = 2 H2( g ) + 2CO( g)

根据热力学分析，化学法的热损失仅为物理法的15%［9］。

中国学者也提出一种基于离心粒化装置的煤气化炉［10］。煤的气化是吸热反应，利用高炉渣的显热来保证反应温度。该方案的煤粉气化率和煤粉残渣对于高炉渣利用的影响还需研究。

上述利用化学反应生产可燃气体以达到熔渣余热回收的方案，不但可以省去众多传统的余热回收设备，而且由于能量形式转换的次数少，炉渣显热的热损失小，同时转化产物能值高、用途广。从能源利用的角度来说，它的回收效率大大高于物理法。但是现阶段化学法都处于概念设计和理论探索阶段，离实际应用还很遥远，必须加紧研究。

3 结论

( 1) 目前我国高炉渣水淬的几种方法并没有改变粒化渣大量耗水的特点，而且浪费了大量的熔渣显热资源，硫化物等污染物排放现象依然很严重。

( 2) 高炉渣干式粒化工艺改变了高炉渣的传统处理方法，是炼铁生产技术的一项进步，所产生的直接效益为不消耗新水、无H2S 和SOx排放、炉渣显热回收、节省生产水泥时干燥水渣所需能耗，具有极为广阔的市场前景。

( 3) 从能源利用的角度讲，化学法回收炉渣显热损失小、效率高，比物理法有前途。但其工艺远未成熟，尚需大量研究。

参考文献

［1］项钟庸，王筱留等. 高炉设计－炼铁工艺设计理论与实践［M］．北京: 冶金工业出版社，2007.

［2］胡俊鸽. 国内外高炉炉渣综合利用技术的发展及对鞍钢的建议［J］．鞍钢科技，2003，( 3) : 8 － 11.

［3］周继承，张春霞，郦秀萍等. 中国炼铁工序能耗现状及节能技术回顾与展望［C］．北京: 第七届中国钢铁年会: 170 －174.

［4］戴晓天等. 高炉渣急冷干式粒化处理工艺分析［J］．钢铁研究学报，2007，19 ( 5) : 14 － 19.

［5］ Picking S J ，Hay N ，Roylance T F，et al．New Process for Dry Granulation and Heat Recovery From Blast － Furance Slag ［J］． Ironmaking and Steelmak-__ing，1985，12 ( 1) : 14.

［6 ］ Mayumi YOSHINAGA， Koichi FUJII， Tatsuhiko SHIGEMATSU，et al．Dry Granulation and Solidificationof Molten Blast Furnace Slag ［J］． TransactionsISIJ，1982，22: 823 － 829.

［7］刘军祥等. 高炉渣干法粒化试验研究［J］．钢铁，2010，45 ( 2) : 95 － 98.

［8］ Bisio G．Energy Recovery From Molten Slag and Exploitation of Recovered Energy ［J］． Energy，1997，22: 400 － 550.

［9］ Akiyama T，Oikawa K．Thermodynamics Analysis of Thermochemical Recovery of High Temperature Wastes［J］． ISIJ International，2000，40 ( 3) : 286.

［10］刘宏雄．利用高炉熔渣作热载体进行煤气化的探讨［J］ . 节能，2004，( 6) : 41 － 43.

【技术文献】钢渣余热回收方法分析

Wed, 27 May 2026 17:46:39 +0800

钢渣余热回收方法分析

李德军1 ，刘清海 2 ，许孟春1 ，李晓伟 1 ，刘祥 1 , 于赋志 1

（ 1. 鞍钢集团钢铁研究院海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁鞍山 114009 ； 2. 鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司辽宁营口 115007 ）

摘要：分析了钢渣余热回收方法中的物理方式和化学方式。从热力学角度计算分析了钢渣余热回收中的制氢方法和煤气化方法，结果认为，制氢方法采用 CH4 与 CO2 反应最佳，煤气化方法采用 C 与 CO2 反应最佳。另外，对钢渣余热回收中的化学方法存在的问题进行了阐述，并提出了解决方法，为钢渣余热回收提供借鉴。

关键词：钢渣；余热回收；物理方法；化学方法；回收效率

负能炼钢是转炉实现节能减排，降本增效的重要技术之一。目前，鞍钢生产过程中的高温钢渣含有大量的显热能量没有回收，造成很大浪费。以转炉为例，转炉冶炼过程中所产生的高温液态钢渣一般约占转炉装入量的 10%～15% ，以装入量100 t 的转炉来说，在冶炼过程中会产生 10～15 t的高温熔融态钢渣，温度达到 1 450～1 650 ℃ ，热焓值约为 1 670 MJ/t 渣［1-2］。以鞍钢股份有限公司炼钢总厂一分厂为例，该厂年产 300 万 t 粗钢 , 每年可产 30～45 万 t 高温钢渣，则钢渣产生的热能可达到 5.01×105 ～7.52×105 GJ 。若将钢渣产生的热能按 60% 回收，将回收的热能转换成电能，按1 GJ 热能可转化成 277.78 （ kW · h ）的电能，电能以0.53 元 / （ kW · h ）的市场价格计算，则全年可额外创效 4 428～6 108 万元，具有很高的回收价值，若能将转炉钢渣的热能回收创效，对于我国钢铁行业实现可持续发展具有重要的意义。

1 钢渣热能回收现状

转炉产生的高温钢渣的热量由于难以储存，目前大多数钢厂都采用露天泼渣打水冷却，对钢渣进行降温或自然冷却，在其温度降至 80～100 ℃后运到钢渣场进行储存。个别钢厂采用浅盘热泼法、闷罐法、粒化轮水淬法、滚筒法以及风淬法等对钢渣进行处理，但是这些处理方法的钢渣热能回收效率都比较低，个别方法几乎没有得到回收［3-5］。

2 钢渣热能物理回收方法

高温钢渣热能物理回收是指在热能回收过程中，采用的回收介质没有发生化学变化的一种回收方式。回收原理就是通过回收介质（通常是水和空气）与高温钢渣发生接触或间接接触，利用回收介质与高温钢渣之间存在的温度差，将热量从高温钢渣中转移出来，从而达到高温钢渣热能回收的目的。目前，钢渣热能物理回收方法有机械破碎法、风淬法、离心式回收方法。

2.1 机械破碎法

通过机械破碎对钢渣热能回收的主要方法有固体颗粒冲击法、机械搅拌法和转鼓法，国外已经有了相关研究［6-8］。固体颗粒冲击法由瑞典 Merotec公司开发，基本原理就是利用已固化的循环渣粒将新渣进行淬碎粒化，粒化后的钢渣被送入流化床换热，然后对其热量进行回收，固体颗粒冲击法热能回收装置示意图如图 1 所示。此方法可产生大约 250 ℃ 的饱和蒸汽，热能的回收效率大约在65% 左右。

日本的川崎钢铁公司开发了一种以机械搅拌为破碎方式的钢渣热能回收系统，机械搅拌法热能回收装置示意图如图 2 所示。在该热能回收系统中，高温熔渣在一个碗状的容器中被搅拌破碎并飞向容器的侧壁，通过布置在容器侧壁的换热水管将钢渣热能进行回收，破碎后的钢渣细粉被送入到流化床，钢渣细粉与流化床中的空气完成热量交换，被加热的空气送往热能锅炉，该回收系统可使钢渣显热回收率达到 59% 左右。

NKK 公司用的另一种热回收设备是将熔融的钢渣通过渣沟或管道注入到两转鼓之间，转鼓在电动机的带动下连续转动，转鼓中通入热交换空气，转鼓内输入空气吸收热量实现能量回收，转鼓法热能回收装置示意图如图 3 所示。受设备的限制该方法的热量回收效率波动比较大，一般在35%～45% 。

2.2 风淬法

风淬法与机械碎渣法类似，其原理是通过向钢渣内吹入高速空气，将钢渣击碎，然后对其热量进行回收，风淬法钢渣热能回收装置示意图如图 4所示。 Mitsubishi 和 NKK 对此方式进行了研究［9］，首先将液态钢渣倒入倾斜的渣沟里，在渣沟下面设有鼓风机，当钢渣从渣沟末端流出时与鼓风机喷出的高速空气流接触被粒化，随之被吹到热交换器内，完成对钢渣热量的回收。该方法的热回收率可达 40%～45% 。

2.3 离心式法

20 世纪 80 年代， Pickering ［10］等人发现利用离心力能够很好地将钢渣进行粒化处理，给热能回收创造了良好条件，并提出了转杯法热能回收系统，转杯法热能回收装置示意图如图 5 所示。

该方法的热能回收率可达到 60% 。随后，日本北海道大学的 Akiyama 提出了转碟法， 2002 年澳大利亚 CSIRO 的研究组对该方法进行了改进［11］，采用高压空气破碎转碟甩出的渣膜，加热空气完成部分热量交换，破碎的渣粒落入到下部的填充床内，再对其进行热能回收，转碟法热能回收装置示意图见图 6 ，该方法的热能回收率可达 58.5% 。

2.4 物理回收方法中存在的不足

钢渣热能物理回收方法中普遍存在的问题就是热能回收效率低，通常不超过 60% 。此外，为了提高钢渣热回收效率，要对钢渣进行细化处理，以便更好地提取回收热量。但随着细化程度的提高，需要额外消耗更多的能量，结果降低了热量回收率。由于物理方法存在这样的问题，所以很难提高热能回收效率。

3 钢渣热能化学回收方法

按反应物和产物的不同，可以将钢渣热能化学回收方式分为两种，一种是制氢法，一种是煤气化法。将钢渣的热量作为化学反应的热源进行热能回收，虽然国内外学者也都在此方面进行了相关研究［12-14］，但以何种反应才能实现最佳热能回收的论述比较少。

3.1 制氢法回收

在制氢法回收钢渣热能中，可以利用 CH4 与H2O （g）或 CO2 反应来实现热能的转换，其反应化学式如下所示［15］。

CH4 + H2O （g）=3H2 +CO （ 1 ）

△G 10=338 544-252.32T

CH4 +CO2 =2CO+2H2 （ 2 ）

△G02 =257 594-281.67T

式中， △G 10、 △G02 为反应式（ 1 ）和（ 2 ）的标准吉布斯自由能； T 为温度， K 。若要反应进行，需要标准吉布斯自由能小于零，即反应的标准吉布斯自由能为零时，对应的温度为反应能够进行的最低温度。

令： △G10=0 ， △G02 =0 ，则可知，反应（1）与反应（2）的最低反应温度分别为： T1 =1 342 K=1 069 ℃，T2 =915 K=642 ℃ ，而转炉产生的高温钢渣温度在1 450～1 650 ℃ 范围内，远远大于反应的初始温度，因此能够使上述化学反应顺利进行。根据能量守恒原理，反应过程中吸收的热量越多，则将热能转化成的化学能就越多，因此，反应能够从高温钢渣中吸收多少热能是制氢法回收钢渣热能的关键参数。反应在进行过程中，吸收的热能可以通过焓变差值计算式（3）得出。

△H0 =∑△ H0 生成物 -∑△H0 反应物（3）

式中， △H0 为反应的标准生成焓， kJ/mol ；∑△H0生成物为生成物的标准焓之和， kJ/mol ；∑△H 0 反应物为反应物的标准焓之和， kJ/mol 。

通过文献查出上述反应中各物质的标准焓，将其代入计算式（3），得出各反应的标准生成焓分别为： △H01 =206.76 kJ/mol ， △H02 =247.25 kJ/mol 。

由于反应的标准生成焓为正值，表示反应为吸热反应，正值越大表示反应吸收的热量越多。

不难理解，为了将钢渣的热能转化成化学能，过程中所进行的化学反应初始温度越低且吸收的热能越大，对热能的转化能力就越好。从以上的计算可以看出，反应（2）中， CH4 与 CO2 反应，不仅反应初始温度最低为 642 ℃ ，且反应过程中吸收的热能也最大，为 247.25 kJ/mol ，回收钢渣热能的能力要明显好于反应（1）中 CH4 与 H2O （g）的反应。

3.2 煤气化法回收

煤气化法是利用高温下 C 与 CO2 或 H2O （g）

反应来实现，其反应化学式如下所示［15］。

C +CO2 =2CO （4）

△G04 =166 550-171T

C+H2O （g） =H2 +CO （5）

△G05 =133 100-141.65T

式中， △G04 、 △G05 为反应式（4）和（5）的标准吉布斯自由能； T 为温度，单位为 K 。与上述的制氢法相同，计算如下：

令 △G04 =0 ， △G05 =0 ，则可知，反应（4）与反应（5）的最低反应温度分别为： T4 =974 K=701 ℃ ，T5 =940 K=667 ℃ 。通过式（3）可分别计算得出，△H04 =172.44kJ/mol ， △H05 =131.27 kJ/mol 。

从热力学角度分析，反应（4）与反应（5）对于热能的回收各有利弊。从反应的最低温度上看，反应（4）不如反应（5）效果好，由于反应（4）中 C 与CO2 的煤气化反应需要的最低温度比反应（5）中 C与 H2O （g）的煤气化反应要高，而在反应过程中钢渣温度会逐渐降低，从而会使反应受到限制，不利于对钢渣余热的吸收，但从反应吸收热能的能力角度来看，反应（4）要比反应（5）效果好。

3.3 反应平衡常数

从以上的计算可以看出，在转炉钢渣温度范围内，虽然各反应都能够进行，但反应能否进行彻底则关系到该反应能否将热能最大程度转化成化学能。众所周知，反应的平衡常数是衡量反应进行是否彻底的一个重要参数。在不同温度下对以上各式的平衡常数进行了比较，不同温度下的平衡常数比较如图 7 所示。

从图 7 看出，在转炉钢渣温度范围内，反应（2）的平衡常数最大，表明 CH4 与 CO2 的制氢反应进行得更彻底，热能转化成化学能的效率越高。反应（1）的平衡常数最小，表明 CH4 与 H2O （g）的制氢反应相对进行得不够彻底，对钢渣余热的回收能力有限。因此，制氢法回收钢渣余热应该选择反应（2）即 CH4 与 CO2 。而煤气化方法，在钢渣温度范围内，反应（4）的平衡常数略高于反应（5），因此，煤气化回收钢渣余热选择反应（4）即 C 与 CO2比较理想。

3.4 化学方法回收存在的问题及解决方法

3.4.1 存在的问题

钢渣余热回收过程实质是能量的转换过程，钢渣余热化学回收能量转换示意图如图 8 所示。在化学方法回收钢渣余热方法中，余热的回收效果与钢渣的温度密切相关，前期钢渣温度要远高于反应的最低温度，反应能够顺利进行，但是随着反应物的不断吹入，钢渣温度会不断降低，当钢渣温度低于反应的最低温度，反应将不能进行，此时无法继续完成对钢渣中剩余热量的回收，这部分能量就会损失。而化学反应完成后，生成的气体温度一般也要高于反应的最低温度，生成产物气体中还含有一定显热热能，这部分热能如果不利用也会损失。此外，在整个化学反应过程中，也会有部分能量以辐射的形式损失掉。根据能量守恒，这些损失掉的能量若是不能得到回收，那么钢渣的余热回收效率就要大幅降低。

3.4.2 解决的方法

从图 8 中能量流的转换来看，高温钢渣的热能和参加反应物的内能（化学能和热能之和）流入到钢渣余热回收化学反应系统。通过化学反应后，以生成物化学能、生成物显热能、钢渣剩余热能及反应过程中损失热能流出。其中，生成物化学能是以将钢渣热能转换成化学能固定到反应产物的高能化学键中得到回收，而其它流出能量还不能得到回收。调整后钢渣余热化学回收能量转换示意图见图 9 。

根据能量守恒，若要提高钢渣余热的回收效率，就必须将参加反应后钢渣中剩余的热量，以及反应后生成气体中的显热得到进一步充分利用。由于钢渣余热化学回收中的化学反应是吸热反应，提高反应物的初始温度将有利于反应的进行，为此，采用反应后钢渣中剩余的热量、生成气体中的显热以及辐射损失的热能来加热反应物，提高参加反应物的内能，使钢渣余热回收化学反应系统流出的能量得到最大程度的回收利用，

4 结语

随着钢铁企业成本压力的增大，实现降本增效是迫在眉睫要解决的问题，而高温炉渣尤其是钢渣的余热回收技术不仅可以实现降本增效，同时还能提高企业市场竞争力，因此得到了钢铁企业的重视。从热力学角度对化学方式中的制氢方法和煤气化方法进行了计算分析，得出结论，制氢方法中采用 CH4 与 CO2 反应最佳，煤气化方法中采用 C 与 CO2 反应最佳，为钢企在钢渣余热化学回收工作中提供借鉴。

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总工杨皓参加“2023全国煤化工、氮肥、甲醇行业气体净化技术交流会”并发言

Wed, 27 May 2026 17:45:45 +0800

随着我国能源经济、低碳经济、煤化工及石油化工的高速发展，我国的气体净化技术也迎来了全新的发展机遇；为了进一步推进煤化工、氮肥、甲醇行业的气体净化技术进步、绿色发展及可持续发展，解决设计、建设及生产操作中存在的问题；实现煤化工、氮肥、甲醇企业减排和资源综合利用提供必要的技术支撑；满足广大煤化工、氮肥、甲醇行业人士对气体净化技术相互学习及交流需求，加强项目业主、设计院、服务商之间交流与合作，搭建煤化工氮肥、甲醇上下游企业沟通交流的平台。2023年5月25日-27日在安徽合肥举办了“2023全国煤化工、氮肥、甲醇行业气体净化技术交流会”，我公司总工杨皓同志参会并发言。

我司总工杨皓同志不仅介绍了我司主要的变压吸附技术，而且还介绍了我司团队共同开发的新技术：

（1）直接回收放空气中更多有效气体为吸附塔升压，既节约了外部回收方法所需要的能耗，又完全不会降低气体处理能力。

（2）优化管道运输能力，转移抽空技术，使吸附剂利用效率提高30%，真空泵效率提高40%。

（3）合理利用朗格缪尔吸附解吸回线特性，提高吸附剂的单次动态吸附量。

（4）采用低压变压吸附回收有效气体技术。

（5）吸附剂孔结构生成过程的调变技术。