氧气高炉系统集成碳捕获与利用策略的环境与技术经济分析

本文研究了氧气高炉（OBF）系统结合碳捕获与利用（CCU）技术，显著降低CO2排放。通过Aspen Plus和SimaPro模型，发现OBF+CCU情景下的CO2排放量降至4.1 kg/tHM，同时产生经济效益，具有重要的环境和经济意义。

　　

论文解读

在全球气候变化的背景下，减少温室气体排放，特别是二氧化碳（CO₂）排放，已成为全球性的紧迫任务。钢铁行业作为能源密集型产业，其生产过程中产生的CO₂排放量占全球总排放量的很大比例。特别是在中国，钢铁行业的CO₂排放量尤为显著，约占全国总排放量的15%。因此，如何有效降低钢铁生产过程中的CO₂排放，成为了当前亟待解决的问题。

为了解决这一问题，北京科技大学的研究人员开展了一项关于氧气高炉（OBF）系统的研究。该研究旨在通过集成先进的碳捕获与利用（CCU）技术，探索一条既能减少CO₂排放，又能实现经济效益的可持续发展路径。研究团队利用Aspen Plus和SimaPro软件对OBF系统进行了详细的环境与技术经济分析。

研究中，研究人员提出了两种情景：情景1（OBF+CC）和情景2（OBF+CCU）。情景1采用MEA（Monoethanolamine）基CO₂捕获过程，而情景2则进一步引入了TEG（Triethylene glycol）物理吸收过程，用于生产工业级纯度的液态CO₂产品。通过Aspen Plus建模，研究发现情景2的CO₂排放量显著低于情景1，仅为4.1 kg/tHM，而情景1的排放量为770 kg/tHM。

此外，研究还利用SimaPro进行了生命周期评估（LCA），结果显示情景2在酸化潜力、富营养化潜力、水资源消耗和化石资源消耗等方面均优于情景1。这表明情景2不仅减少了有害排放，还对土壤健康和植物生长产生了积极影响。

在经济分析方面，情景2显示出显著的经济效益。液态CO₂产品的销售可以带来973.95 USD/tHM的利润，完全覆盖了378.33 USD/tHM的CO₂生产成本。这一结果表明，CCU技术不仅在环境上可行，也在经济上具有吸引力。

通过集成Aspen Plus和SimaPro的建模与分析，研究确认了情景2是最可持续的选择。它不仅减少了CO₂排放，还在环境和社会经济方面表现出色。这一研究为钢铁行业的低碳转型提供了重要的理论依据和实践指导。

具体来说，研究采用了以下关键技术方法：

1. Aspen Plus建模：用于模拟氧气高炉系统的热力学过程，包括碳捕获和利用过程的详细建模。
2. SimaPro生命周期评估：用于评估不同情景下的环境影响，包括酸化、富营养化、水资源消耗和化石资源消耗等指标。

通过这些技术手段，研究团队能够准确预测和评估不同情景下的环境影响和经济可行性。

研究结果表明，情景2在多个方面表现优异。首先，情景2的CO₂排放量显著降低，仅为4.1 kg/tHM，远低于情景1的770 kg/tHM。其次，情景2在环境评估中显示出更低的酸化和富营养化潜力，分别为0.1 kg SO₂-eq/tHM和0.1 kg PO₄^3--eq/tHM，显著优于情景1和传统高炉。此外，情景2在水资源消耗方面也表现出较低的影响，仅为4.0 m³/tHM，相较于情景1的4.5 m³/tHM有所减少。

在经济分析方面，情景2通过销售液态CO₂产品实现了显著的经济效益。液态CO₂的销售收入为973.95 USD/tHM，完全覆盖了378.33 USD/tHM的CO₂生产成本，显示出良好的经济可行性。

综上所述，情景2不仅在环境上显著减少了CO₂排放和其他有害物质的产生，还在经济上展现了良好的盈利能力。这一研究为钢铁行业的低碳转型提供了重要的理论依据和实践指导，具有重要的环境和经济意义。通过集成先进的碳捕获与利用技术，氧气高炉系统不仅能够实现接近零的CO₂排放，还能通过液态CO₂的生产获得额外的经济收益，推动了钢铁行业的可持续发展。