钢铁行业碳捕集与利用技术研究进展

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.260101

发电技术 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 1-13.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.260101

• 碳中和 •

钢铁行业碳捕集与利用技术研究进展

邵雁¹, 谢颖², 刘子豪¹, 方梦祥², 许晓明¹, 胡昔鸣³, 夏阳¹, 陈伟³, 朴永玉⁴

^1.中冶南方都市环保工程技术股份有限公司，湖北省武汉市 430205
^2.浙江大学能源清洁利用全国重点实验室，浙江省杭州市 310027
^3.浙江大学青山湖能源研究基地，浙江省杭州市 311300
^4.韩国SN有限公司，首尔 06241 韩国

收稿日期:2025-07-27 修回日期:2025-09-24 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-02-12
通讯作者: 谢颖
作者简介:邵雁(1987)，女，博士，高级工程师，主要从事节能环保相关领域技术的研究、应用与推广工作，34047@ccepc.com；
谢颖(2001)，女，博士研究生，主要从事CO2化学吸收技术的吸收剂性能及工艺优化等方面研究，本文通信作者，yingxie@zju.edu.cn；
方梦祥(1965)，男，博士，教授，主要从事煤和生物质流化床热解、气化、燃烧，CO₂化学吸收技术等方面研究，mxfang@zju.edu.cn；
胡昔鸣(1993)，男，工程师，主要研究方向为CO₂化学吸收技术，ximing-hu@zju.edu.cn；
朴永玉(1953)，男，博士，教授，主要研究方向为清洁能源利用、大气污染物减排技术，yopark007@gmail.com。
基金资助:
国家重点研发计划政府间国际科技创新合作资助项目(中韩)(2023YFE0199300)

Research Progress on Carbon Capture and Utilization Technology in Steel Industry

Yan SHAO¹, Ying XIE², Zihao LIU¹, Mengxiang FANG², Xiaoming XU¹, Ximing HU³, Yang XIA¹, Wei CHEN³, Young-Ok PARK⁴

^1.Wuhan City Environment Protection Engineering Limited Company, Wuhan 430205, Hubei Province, China
^2.State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China
^3.Qingshanhu Energy Research Center, Zhejiang University, Hangzhou 311300, Zhejiang Province, China
^4.SN Co, Ltd. , Seoul 06241, Republic of Korea

Received:2025-07-27 Revised:2025-09-24 Published:2026-02-28 Online:2026-02-12
Contact: Ying XIE
Supported by:
National Key Research and Development Program Government International Science and Technology Innovation Cooperation Funding Project (China and South Korea)(2023YFE0199300)

摘要/Abstract

摘要：

目的在“双碳”目标下，以CO₂为主的温室气体排放控制受到高度关注，2023年，我国CO₂排放量为126亿t，居世界首位，其中钢铁行业是主要的CO₂排放源之一，约占我国CO₂排放量的15%。我国粗钢产量占全球1/2以上，降低钢铁行业碳排放，需要考虑我国国情及能源利用特点。因此，有必要研究适合我国钢铁行业的碳捕集与利用技术。方法对钢铁生产过程中CO₂的排放特性进行了分析，并综述了现有碳捕集技术的研究进展，重点讨论了吸收法、吸附法和膜分离法在高炉煤气CO₂捕集中的应用。此外，探讨了炉顶煤气循环氧气高炉技术的利用，并分析了其与吸收、吸附技术的耦合潜力，以期实现钢铁行业的低碳转型。结论利用炉顶煤气循环氧气高炉技术，可以结合吸收或吸附法在降低高炉耗碳量的同时降低高炉碳排放，且钢厂余热的有效利用有助于提高碳捕集的经济可行性。转炉CO₂喷吹、钢渣矿化利用和钢化联产CO₂制化工产品技术的结合，可实现钢铁行业的碳捕集与利用一体化，不仅能够减少钢铁行业的碳排放，还能通过产能优化提升行业的经济和环境效益。

关键词: 碳捕集、利用与封存(CCUS), 碳排放, 钢铁行业, CO₂利用, 炉顶煤气循环氧气高炉, 化学吸收, 吸附分离, 膜分离

Abstract:

Objectives The control of greenhouse gas emissions, mainly CO₂, under the “carbon peak and carbon neutrality” target has received high attention. In 2023, China’s CO₂ emissions ranked first in the world, with 12.6 billion tons. Among them, the steel industry is one of the main sources of CO₂ emissions, accounting for about 15% of China’s CO₂ emissions. China’s crude steel production accounts for more than half of the world’s total, and reducing carbon emissions in the steel industry requires consideration of China’s national conditions and energy utilization characteristics. Therefore, it is necessary to study the carbon capture and utilization technologies suitable for China’s steel industry. Methods The emission characteristics of CO₂ in the steel production process are analyzed and the research progress of existing carbon capture technologies are summarized, with a focus on the application of absorption, adsorption, and membrane separation methods in CO₂ capture of blast furnace gas. In addition, the utilization of top gas recycling-oxygen blast furnace technology is explored and its coupling potential with absorption and adsorption technologies is analyzed, in order to achieve low-carbon transformation in the steel industry. Conclusions The use of top gas recycling-oxygen blast furnace technology can be combined with absorption or adsorption methods to reduce carbon consumption and carbon emissions of the blast furnace, and the effective utilization of steel plant waste heat can help improve the economic feasibility of carbon capture. The integration of carbon capture and utilization in the steel industry can be realized by the combination of converter CO₂ injection, steel slag mineralization and utilization, and tempering co-production of CO₂ to produce chemical products technology. It can not only reduce the carbon emissions in the steel industry, but also improve the industry’s economic and environmental benefits through capacity optimization.

Key words: carbon capture, utilization and storage (CCUS), carbon emissions, steel industry, CO₂ utilization, top gas recycling-oxygen blast furnace, chemical absorption, adsorption separation, membrane separation

中图分类号:

TK 09

邵雁, 谢颖, 刘子豪, 方梦祥, 许晓明, 胡昔鸣, 夏阳, 陈伟, 朴永玉. 钢铁行业碳捕集与利用技术研究进展[J]. 发电技术, 2026, 47(1): 1-13.

Yan SHAO, Ying XIE, Zihao LIU, Mengxiang FANG, Xiaoming XU, Ximing HU, Yang XIA, Wei CHEN, Young-Ok PARK. Research Progress on Carbon Capture and Utilization Technology in Steel Industry[J]. Power Generation Technology, 2026, 47(1): 1-13.

图/表 9

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排放源	温度/℃	压力	CO₂体积分数/%
石灰窑烟气	110	环境压力	20
热风炉烟气	200	环境压力	28
焦炉烟气	210	环境压力	10
高炉煤气	100~350	0.2~0.3 MPa	20
转炉煤气	1 200	环境压力	15
自备电厂烟气	100	环境压力	15~20

排放源	温度/℃	压力	CO₂体积分数/%
石灰窑烟气	110	环境压力	20
热风炉烟气	200	环境压力	28
焦炉烟气	210	环境压力	10
高炉煤气	100~350	0.2~0.3 MPa	20
转炉煤气	1 200	环境压力	15
自备电厂烟气	100	环境压力	15~20

国家	应用排放源	吸收剂	捕集率/%	能耗/ [GJ/(t CO₂)]	来源
阿联酋	竖炉	MEA	90	4.00	文献[22]
韩国	高炉	氨水	90	2.50	文献[23]
日本	高炉	IPEA	98	2.34	文献[24]
中国	欧冶炉	NCMA	95	—	文献[25]

国家	应用排放源	吸收剂	捕集率/%	能耗/ [GJ/(t CO₂)]	来源
阿联酋	竖炉	MEA	90	4.00	文献[22]
韩国	高炉	氨水	90	2.50	文献[23]
日本	高炉	IPEA	98	2.34	文献[24]
中国	欧冶炉	NCMA	95	—	文献[25]

吸收剂	典型溶剂	能耗/ [GJ/(t CO₂)]	特点	来源
单一胺	MEA	4.0	循环容量小，能耗高，吸收速率低	文献[26]
混合胺	MDEA/PZ	2.8~3.5	循环容量大，能耗较低，吸收速率快	文献[27]
两相吸收剂	DEEA/MAPA	2.0~2.8	循环容量大，能耗低，连续运行考验分相稳定性	文献[28]
少水吸收剂	AMP/AEEA/NMP	2.1~2.8	循环容量大，能耗低，缺乏工业验证	文献[29]

钢铁行业碳捕集与利用技术研究进展

Research Progress on Carbon Capture and Utilization Technology in Steel Industry

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摘要/Abstract

引用本文

图/表 9

参考文献 75

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国家	应用排放源	工艺	吸附剂	捕集率/%	来源
德国	高炉	VPSA	—	70	文献[40]
日本	高炉	PSA	沸石	80	文献[41]
中国	石灰窑	PSA	沸石、活性炭	80	文献[42]

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