“地沟油”在高炉炼铁生产中应用的设想

肖卫锋

(中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122)

1 引言

随着第三产业的迅速发展，我国的餐饮业规模日益扩大，餐饮行业产生的废油脂日益增多，不仅堵塞管网，严重污染城市环境，而且出现了废弃油脂的非法回收提炼、有毒“地沟油”回流餐桌，严重危害人体健康的现象。近年来，地沟油成为人们关注度很高的话题。能否在钢铁企业对地沟油进行资源循环利用，使其变废为宝呢?

2 地沟油介绍

2010年3月，一篇有关“地沟油”回流餐桌的报道激起了社会各界的广泛关注。该报道称:据武汉工业学院食品科学与工程学院教授何东平估计，目前中国每年返回餐桌的地沟油有200万至300万吨。

何谓“地沟油”?“地沟油”实际上是一个泛指的概念，是人们在生活中对于各类劣质油的统称。“地沟油”可分为三类:一是狭义的地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水)经过简单加热、脱水、去渣、沉淀等工艺提取的油脂;二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工及提炼后产出的油脂;三是用于油炸食品的油使用超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油脂。

“地沟油”主要组成元素为C、H和O，属于大分子疏水性有机物。由于经过高温反复煎炸，油脂中的小分子营养物大部分已挥发或聚合成大分子热稳定性物质，可生化性能较低，且含有一定量的苯并芘等致癌物，进入环境或被人体摄入，将造成严重的环境污染和健康隐患。

我国年均消费食用油为2100万吨，而每年产生废油约为400～800万吨。据中国食用油信息网统计，国内城市每年餐饮业产生的地沟油高达500万吨。目前，由于我国没有合理的回收利用“地沟油”，致使“地沟油”已成为一种环境污染物。

“地沟油”的前身是天然油脂，是动物油脂和植物油脂的混合物，主要成分是三脂肪酸甘油酯，其灰分和硫等有害元素含量几乎为零。因此，“地沟油”具有鲜明的废物和资源的二重性，需要进行无害化处理和资源化利用。

3 地沟油的回收处理方法

目前，“地沟油”的回收处理方法简介见表1。

除了以上介绍的主要方法外，还有“地沟油”制备硬脂酸和油酸，制备润滑油等技术。在这些技术中，制备生物柴油，生产乙醇、沼气、制备肥皂和洗衣粉等，均未大量应用于工业生产。在我国，由于“地沟油”合理回收方法及制度缺失，回收规范性较低。“地沟油”成分复杂，导致其深加工工艺的复杂性和不确定性，造成生产成本高居不下，利润过低，且产品品质无法保证，缺乏市场竞争力，致使“地沟油”深加工技术发展缓慢。北京科技大学提出的利用“地沟油”进行选矿药剂制备的综合利用技术，目前还处在实验开发阶段。

利用氧源-分子束外延(Oxygen source Molecular Beam Epitaxy, O-MBE)设备制备高质量的VO2外延单晶薄膜，其装置如图1所示.

表1 “地沟油”的回收处理方法简介

欧美日等国家，严格意义上不存在如我国所谓的“地沟油”。其各国均制定了严格的法律法规及采用强有力的监管措施从源头即从餐桌开始进行分类、在制餐点和消费点进行分离和预处理，回收初级产品，以减少运输、储藏的成本和技术要求以及二次污染的风险，提升了后续处理的产业化及质量控制。餐厨垃圾收集后由政府或政府委托合法收集商统一处理，餐厨废油去向为处理成生物柴油或用作发电燃料。

4 “地沟油”在炼铁生产工艺中的应用

4．1 高炉喷吹燃料技术

在高炉炼铁生产中，焦炭提供冶炼所需热量和还原剂，此外还起到料柱的骨架作用，是炼铁工业不可缺少的主要原料。近年来焦炭价格越来越高，为了降低炼铁成本，发展了现代高炉喷吹燃料技术，目前主流成熟工艺为采用喷吹煤粉代替部分焦炭。我国宝钢已达到每吨铁水喷吹220 kg煤粉的水平，世界先进国家每吨铁水喷吹煤粉量远大于我国。上世纪六、七十年代，鞍山钢铁公司高炉进行过喷吹重油的生产操作，也取得了良好的效果。

“地沟油”与煤、重油的化学组成基本相同，主要成分都是碳氢化合物，将“地沟油”进行脱水、脱渣，过滤等处理后，可以作为还原剂及燃料取代部分焦炭或煤粉，用于高炉炼铁喷吹。高炉喷吹地沟油实质上是将“地沟油”进行预处理，作为原料喷入高炉，来取代部分焦炭或煤粉的一项处理“地沟油”的新方法，起到节约能源、增加效益的良好效果。

4．2 “地沟油”在高炉内的反应特性

“地沟油”进入高炉后，在风口回旋区被气化成H2和CO，随热风上升的过程中，它们作为还原剂将铁矿石还原成铁。其反应式:

“地沟油”气化产生的H2/CO比值要远大于等量的煤粉。由于H2的分子半径小，渗透能力强，扩散速度快，比反应速度值大，其还原能力远大于CO。另外，H2不但自身参加直接还原，同时由于水煤气置换反应的存在，H2还起到CO还原反应的催化剂，促进CO积极参加还原反应。高温区(高于1000℃)水煤气置换反应逆向进行，其反应式为:CO2+H2=CO+H2O。在软熔带上部固体料层低温还原区(低于1000℃)，H2O在上升过程中又与CO发生水煤气反应，生成CO2。因此，当煤气中H2含量上升时，提高了煤气的间接还原能力，煤气中CO2含量也相应上升，CO的利用率得到大幅提高。同时，降低了炉料的直接还原度，提高了炉缸热制度稳定性，有利于改善高炉顺行。因此，用“地沟油”代替煤粉有利于降低焦比，提高生产率。

“地沟油”主要成分是三脂肪酸甘油酯，其灰分和硫等有害元素含量几乎为零，喷吹地沟油，相对喷吹煤粉，降低高炉生产中硫等有害元素负荷，减少高炉造渣剂用量，从而也减少高炉吨铁产渣量，降低了炼铁成本。

“地沟油”的平均热值约为41．3×103kJ/kg，大于煤粉的热值25×103～31×103kJ/kg，也有利于提高高炉的生产效率。

4．3 地沟油喷吹工艺流程

高炉生产中喷吹地沟油拟采用的工艺流程如图1所示。

图1 高炉生产中喷吹地沟油拟采用的工艺流程

工艺流程说明:

(1)“地沟油”预处理:“地沟油”中含有水和杂质，是水、渣、油混合物，处理方法为将地沟油倒入沟池中充分搅拌，同时进行预热，进而倒入过滤机进行离心过滤除杂。然后重新进行预热，静置分层，再次去除水溶性杂质沉淀和部分水，成为精炼地沟油，将精炼地沟油存入储油罐以备喷吹用。

(2)“地沟油”喷吹工艺:喷吹用“地沟油”首先需要通过细过滤器进行过滤，以防止管道堵塞。过滤后的喷吹油进入供油泵低压入口，加压以后，通过输油管道送入喷枪，喷吹油从喷枪末端油嘴喷出，经热风雾化后吹入高炉。

喷吹油细过滤器为单筒外滤式，其特点是滤网围成圆桶形，喷吹油自外向网桶内流入，杂物粘结在网外，清除时蒸汽从网桶内向外吹，杂物落入器底，从排污管排出，操作方便。

供油泵需选用出口油压稳定，油压随供油量变化而波动小的产品，出口油压需根据管路及高炉压力要求选用。

从供油泵到高炉喷油围管，采用套管蒸汽伴随管保温方式，可按需要调节油温，改善喷吹油的流动性及喷枪处喷吹油的雾化效果。喷油管路具有回油管，从而保证管路畅通和喷枪的油压稳定。

喷枪喷嘴采用压缩空气雾化喷嘴，破碎油流，以保证在风口实现良好的雾化及燃烧效果。

5 效益分析

(1)社会效益。地沟油在炼铁生产中应用，无疑为生产、生活过程中产生的废弃物的处理提供了新途径，使废弃物得到综合回收利用，社会效益显著。

(2)环保效益。地沟油在高炉生产中应用，代替燃料及高炉炼铁还原剂的同时，地沟油中有害化合物及有害元素在高炉生产中得到消纳处理。

(3)经济效益。地沟油在炼铁生产中应用，可以作为热源及高炉内反应的还原剂，替代部分焦炭，节省了炼铁生产中燃料的用量，可大幅降低高炉炼铁生产成本。

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