CCUS｜在钢铁行业的应用设计
（1）排放源的分级管理
钢铁生产包括烧结、炼铁、炼钢、轧钢等环节，各环节CO₂排放浓度为4%-28%。烧结烟气CO₂浓度10%-15%，高炉煤气约18%-22%，转炉煤气约14%-18%。低浓度和大体积气体使捕集难度增加，需更高成本和技术。这使得钢铁行业在应用 CCUS 技术时，需要针对不同的排放源和浓度特点，研发专门的捕集技术和设备，以提高捕集效率和降低成本。
化学吸收法通过吸收剂与CO₂反应实现高效捕集，但能耗高、成本大且对设备腐蚀性强；物理吸附法利用多孔材料吸附CO₂，再生能耗较低但吸附容量有限，设备投资较高；膜分离法依靠特殊膜材料在常温下分离CO₂，操作简单且能耗低，但膜材料性能不足、稳定性差，在低浓度CO₂场景下应用受限。三种方法各有优劣，适用于不同场景。高CO₂浓度的排放源可优先采用化学吸收法，并通过研发低能耗吸收剂优化成本与效率；对能耗和空间敏感的场景则适合物理吸附或膜分离法，改进材料性能可提升其效果。此外，结合多种技术（如化学吸收与膜分离）能够发挥协同优势，实现更高效、更高纯度的CO₂捕集。
（2）打造多元CO₂利用路径
捕集的CO₂可以通过多种途径进行利用，包括化学利用、生物利用、矿化利用和等。
①化学利用：CO₂可以转化为甲醇、尿素、烯烃等化学物质，实现资源的循环利用。此外，CO₂还可以通过电催化、光催化等技术转化为其他有用的化学品。
②生物利用：主要包括生物发酵技术和微藻固碳技术。生物发酵技术利用微生物将CO₂转化为乙醇等生物燃料。例如，北京首钢朗泽新能源科技有限公司成功利用工业尾气制得高纯度的燃料乙醇，实现了CO₂的化学利用。
③矿化利用：主要是将CO₂用于水泥和混凝土制品的矿化养护，以替代传统蒸汽或者蒸压养护；或着将CO₂与大宗碱性工业固废协同资源化处置，制备新型低碳建材或其他制品。其主要原理是利用水泥混凝土或碱性固废中的碱性组分与CO₂反应，生成稳定碳酸盐，从而实现对CO₂的永久固封。例如包钢包瀜碳化法钢渣综合利用产业化项目，以废弃的钢铁渣和工业排放的CO₂为原料，采用碳化法精细化工工艺，生产负碳（高纯）碳酸钙填料、固碳微粉产品。这种利用方式不仅具有良好的环境效益，还能为企业创造一定的经济效益。
④炼钢利用：捕集的CO₂还可以直接用于钢铁冶金过程。在高炉中，使用CO₂代替压缩空气或氮气作为传输介质进行高炉喷煤，可以减少高炉排出的废气量，并提高废气中CO₂和CO的体积分数。在转炉中，顶吹一定量的CO₂可以调控炼钢脱磷过程的温度，促进脱磷反应的进行；底吹一定量的CO₂则有利于在体系内产生更多气体，强化熔池搅拌。
（3）CO₂的运输和封存是 CCUS 技术链中的重要环节，直接影响到 CCUS项目的成本和效益，优化CO₂的运输网络和封存技术具有重要意义。
管道运输是大规模CO₂运输的高效方式，需结合钢铁企业分布、封存地点及GIS技术优化布局并降低成本，同时高压输送可提高效率但需加强安全管理。罐车和船舶运输适用于不同场景，应综合考虑安全性、成本和环境因素选择合适方案。地质封存是主要的CO₂封存方式，需利用地球物理勘探评估封存潜力，通过监测技术防范泄漏风险，并制定应急预案降低对环境和健康的影响。
1、包钢200万吨CCUS一期50万吨示范工程
2022年6月30日，包钢（集团）公司200万吨CCUS一期50万吨示范项目开工奠基。作为超前部署国内最大、自治区和钢铁行业首个CCUS全产业链示范工程，项目破土动工。包钢（集团）公司200万吨（一期50万吨+二期50万吨+三期100万吨）
在内蒙古包钢集团，钢铁行业首个百万吨级CCUS全产业链示范工程正在崛起。该工程最终将建成年200万吨能力的二氧化碳捕集与封存利用基地，预计每年可减排二氧化碳39万吨，所捕获的二氧化碳，一部分用于包钢包瀜碳化法钢渣综合项目固化利用，另一部分经过压缩液化后，送至周边油气田进行压裂等油气田增产技术服务，实现二氧化碳永久地质封存。
截至2024年3月底，CCUS项目已完成二氧化碳球罐、液胺储罐、洗涤塔、吸收塔、再生塔、二氧化碳压缩机等主体设备的安装，以及厂房主体钢结构搭建。“目前项目已完成了整体进度的70%。
（3）包钢5万吨轻质碳酸钙生产线
包钢集团碳化法钢铁渣综合利用项目是世界上首个钢渣和二氧化碳综合利用的项目，项目由包钢集团和瀜矿环保科技（上海）有限公司合资成立的内蒙古包瀜环保新材料有限公司投资建设，利用二氧化碳在水基体系形成碳酸的基础上，在催化组分作用下，实现二氧化碳对钢铁渣的间接碳化，颠覆了基于强酸的传统湿法冶金，“减碳”的同时“用碳”。在生产过程中实现了无危害气体、液体排放；产业模式上，同时将固废与二氧化碳减排集成，基于工业集聚，实现了二氧化碳矿化的成本突破和工业化应用。
项目总体规划处理能力为50万吨钢渣/年、10万吨二氧化碳/年。项目一期已正式投产，每年生产5万吨负碳轻质碳酸钙和8万吨固碳微粉，直接固化3万吨二氧化碳，处理10万吨钢渣。2023年7月，包钢包瀜碳化法钢渣综合利用产业化项目成功生产出第一批高纯轻质碳酸钙产品。
首钢京唐公司开发建设了国内首个石灰窑烟气CO₂捕集系统，首钢京唐公司白灰窑烟气CO₂捕集工艺流程如图3所示。烟气排出后进行预处理防止粉尘对吸附剂造成影响，降至室温后送入TSA（变温吸附）净化塔中去除H₂O、SO₂和NOx，以防止生成H₂SO₄、HNO₃腐蚀设备，之后进入PSA（变压吸附）净化塔中吸附分离CO₂，进行加压液化提浓处理后CO₂浓度可达99.8%以上，最终高纯度CO₂经汽化后储存在储罐中。
3、德龙钢铁年产15万吨的热风炉CO2捕集回收与利用项目，利用高炉热风炉废气CO2制纳米碳酸钙。
4、新兴铸管年产5万吨回收利用项目，投资9000万，白灰窑烟气净化-复合胺溶液吸收-解吸-提纯-供焦化工LNG作为增碳气或外供食品级CO2。
5、河钢张宣，非高炉炼铁竖炉直接还原铁项目配套CCUS，每吨6万吨共投资7000万元。氢冶金工艺气体为原料气-MDEA溶液吸收CO2-汽提塔解吸-CO2精制-外供工业级和食品级CO2。
6、宁波钢铁石灰窑CCUS项目成功投运
7、北京首钢朗泽：生物发酵技术
北京首钢朗泽科技股份有限公司成功地把钢铁厂、铁合金厂产生的含碳工业尾气通过生物发酵工艺生产乙醇及微生物蛋白等低碳产品，实现了工业尾气中的碳固定。该项目也是全球CCUS行业中首家利用经过验证的合成生物技术实现低碳产品商品化及规模化的成功案例，目前已在我国成功投入运营了4套规模化生产设施。
8、我国首个开放式千万吨级CCUS项目启动
2023年8月8日，据宝钢股份官微消息，宝钢股份与中石化、 壳牌、巴斯夫近日在北京中石化大厦隆重签署了关于华东地 区四方CCUS合作项目的联合研究协议。在联合研究期间，四 方将从技术、商业、及政策方面共同评估在华东地区建设中 国首个开放式千万吨级CCUS集群项目的可行性。 中国“双碳”战略为中外企业提供了广阔的合作空间和 巨大的合作潜力，低碳、零碳、负碳技术成为合作焦点。澎 湃新闻2022年11月4日从中国石油化工集团有限公司（下称中 国石化）获悉，中国石化与壳牌、宝钢股份、巴斯夫在上海 签署合作谅解备忘录，四方将开展合作研究，在华东地区共 同启动我国首个开放式千万吨级CCUS（二氧化碳捕集、利用 与封存）项目，为华东地区现有产业脱碳，打造低碳产品供 应用。
9、日钢集团拟建碳捕集利用项目
日照钢铁控股集团有限公司拟建设碳捕集利用项目， 总投资13468万元，位于日照市岚山区虎山镇沿海路600号。 拟建项目新建一套18万t/年的CO₂捕集工程，主要对300t 转炉煤气柜出口煤气中的CO₂进行捕集、压缩、干燥、储存、 输送到3座300t转炉、6座120t转炉，进行顶底复吹CO₂冶炼和 转炉CO₂-N2溅渣等。 项目拟利用转炉煤气为原料气，捕集回收其中CO₂制备气体CO₂产品，直接返回炼钢转炉底吹及顶吹操作用气，实现CO₂捕集利用，减少了炼钢N2（Ar）和O2的消耗量以及CO2 的排放指标，经济效益和社会效益都得到了提升。抽调，。
本项目通过CO₂替代传统氩气/氮气底吹、混合氧气顶吹， 实现吨钢碳减排11kg，年减排18万吨，为行业大规模碳减排 提供可复制技术路径。项目节约氩气/氧气成本、增产增效 的同时，还能够减少除尘灰铁损、提升煤气回收率1.5%，实 现’变废为宝’的资源循环。 项目建设工期8个月，计划2025年11月开工建设，2026 年7月投产。
11、河北纵横钢铁公司PSA脱碳装置
2024年，由中化西南化工研究设计院有限公司（下称“中化西南院”）提供全套技术和设计的河北纵横钢铁公司PSA脱碳装置成功投产。
该装置是中冶赛迪和纵横钢铁打造长流程低碳冶金创新基地中的重要装置，采用十塔变压吸附技术，可连续地将富CO煤气中多余的CO2脱除，防止其对炉况的干扰，同时将原料气中H2、CO等有效组分经过后续一系列系统处理后送入高炉进行高效还原。
12、山西建龙5万吨二氧化碳捕集项目建成
2025年7月，山西建龙年产5万吨二氧化碳捕集项目建设 完成。该项目以企业自有2×100MW锅炉烟气为原料气源，采用化学吸收法实现低浓度二氧化碳高效捕集，标志着山西建 龙在碳减排领域取得突破性进展，为企业构建低碳生产体系、 提升绿色竞争力奠定重要技术基础。 据了解，针对低浓度烟气捕集能耗高、设备腐蚀等 “拦路虎”，山西建龙联合大连化工设计院、大连理工大学组建 了专项技术攻关团队，成功研发改良型胺法提取工艺。相对于传统PSA法，该工艺生产每吨CO₂所需要的原料烟气、电、循环冷却水都要节省大约30%，且所需蒸汽品质低，消耗试剂少，攻克了行业难题。 据了解，该项目二氧化碳捕集效率超90%，每年可减少约 5万吨二氧化碳排放。同时，项目配套建设的二氧化碳提纯装 置，能够将气态产品纯度提升至99.5%以上，液态产品纯度提 升至99.8%以上。项目投运后，二氧化碳产品将直接应用于炼 钢工序，形成“捕集-提纯-利用”的闭环产业链，预计年创 造直接经济效益900余万元，
13、宝武集团鄂城钢铁钢渣CO2资源化
宝武集团鄂城钢铁与宝武环科、苏州仕净合作，投资 1.44 亿元建设相关项目。每年可实现 30 万吨钢渣深加工产品资源化，减少亚临界发电机组尾气二氧化碳排放近 2 万吨，同时每年对外处理粉煤灰等固废 40 万吨。
14、欧冶炉碳捕集项目，煤气回收。
2020年7月，完成了欧治炉碳捕集项目的建设。可获得高 还原性净化气:(CO+H)>80%，及高纯度解析气:CO，>99%。八一钢铁公司采用有机胺吸收技术（ＮＣＡＭ）对欧冶炉煤气中的 ＣＯ２ 进行捕集（图 ４）。 ２０２０年，该碳捕集项目投产运行，捕集 ＣＯ２约 ２．５ 万 ｔ ／ ａ，欧冶炉煤气经碳捕集后，ＣＯ２浓度从 ３３．０％降低至０．８％，吸收剂浓度循环稳定在 ４５．７％，解吸气中ＣＯ２纯度达到 ９５． ４％， 系统稳定运行率 ９８％ 以上。 该系统捕集的高纯度 ＣＯ２拟替代氮气应用于钢铁企业内部，脱碳后的净化煤气返回欧冶炉进行冶炼。 欧冶炉煤气与高炉煤气相比，一方面，碳捕集的条件更优；另一方面，经过碳捕集工艺脱碳后的煤气热值高、还原性强，具有很高的利用价值。
15、八钢富氧碳循环高炉CO2回收分离项目380/2000M3
16、湛江钢铁竖炉尾气CO2回收项目
17、镔钢集团钢化联产一期CO₂捕集及应用项目
2025年4月21日上午8时56分，镔钢集团主导的钢化联产一期CO₂捕集及应用项目正式动工。通过将工业废气转化为生产原料，项目构建了“资源–产品–再生资源”的闭环模式，下一步，双方计划联合攻关CO₂制备高附加值化工产品，进一步拓展碳资源价值。
目前，中冶京诚打造的千吨级二氧化碳捕集与液化提纯中试装置已建成投产，是相变吸收技术在钢铁行业的首次应用。经过连续运行3个月，二氧化碳捕集率可稳定在90%以上，捕集平均再生能耗为～2.1GJ/t二氧化碳，比传统MEA吸收法降低45%左右。捕集后的二氧化碳能够“变废为宝”，通过中压压缩、吸附、液化和精馏技术，产出食品级液体二氧化碳。在实现碳减排的同时，将二氧化碳资源化，产生经济效益，更具有现实操作性。该技术可应用于钢铁工业中的高炉、加热炉、石灰窑等区域产生的烟气和燃煤锅炉烟气。
19、南钢CCUS液体分子筛高炉煤气CO2中试
在“双碳”时代背景下，南钢以“争做全球绿色钢铁先行者”为目标，成立低碳战略委员会，确定“双碳”技术路线图，加快低碳生产工艺技术研究。与科研院校共同研发CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）新工艺。成功完成了利用“液体分子筛”技术来捕集高炉煤气二氧化碳的中试，该工艺投资省、运行成本低，为行业开拓了CCUS的新路径。
20、武昆股份：钢铁行业CCUS中试装置建设
2025年6月18日，武昆股份在安宁基地召开“钢铁行业二氧化碳低成本捕集、封存及利用”中试装置建设项目启动会。该项目是云南省钢铁行业首个CCUS（碳捕集、利用与封存）技术示范项目，标志着云南省钢铁行业在碳减排技术领域取得重要突破。
项目拟采用中科院的发明专利技术对1#高炉热风炉的烟气中的CO₂进行捕集，并通过中试生产，收集能耗、捕集效率等关键技术参数，达到立项约定的低成本捕集能耗、捕集效率等项目考核指标，同时各子课题组开展CO₂顶吹底吹、钢渣固碳等扩大实验、云南省钢铁行业碳减排调查分析等。针对钢铁行业典型烟气CO₂捕集，武昆股份建成CO₂捕集示范工程1个，规模达1000吨CO₂/年。
21、湛江钢铁微藻固碳耦合硫铵氮源资源化的二氧化碳利用技术研究项目
中冶宝钢承接的湛江钢铁微藻固碳耦合硫铵氮源资源化的二氧化碳利用技术研究项目，主要为建设占地面积达7亩的微藻固碳示范工程，利用湛江钢铁炭黑废气焚烧炉排放的二氧化碳作为气源，通过微藻的生物固碳作用生产饲料级藻粉和微藻细胞液。该工程每年可固定二氧化碳为180吨、生产饲料级藻粉40吨，对低碳冶金发展具有重要意义。
22、河钢微藻生物制蛋白，与集炉煤气制甲醇。
在河北钢铁工业绿色转型示范区，捕集后的CO₂被注入微藻生物反应器：培养的藻类作为生物燃料原料，热值比煤炭高15%残余藻渣加工为动物饲料蛋白，替代大豆进口整个系统结合风光绿电实现能源自循环更前沿的探索来自钢铁-化工联产模式。河钢集团试验将CO₂与焦炉煤气中的氢气合成甲醇，所得甲醇既可作为清洁燃料，又能作为化纤原料，使每吨碳的附加值提升200%以上。