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高炉减“碳”新路线

来源:山东无缝钢管厂 发布时间: 2016/1/15 10:02:24 【返回上一步】
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 “通过氢还原技术和分离/回收CO2技术,日本将削减30%的CO2排放量。在2030年前争取实现节能环保创新技术的研发,到2050年前实现技术转化和推广普及应用。”10月15日,在中日钢铁业环保节能先进技术交流会上,日新制钢环境保护和资源节约推进室主任部员富田辛雄介绍了日本COURSE50项目的研发状况。 

  明晰COURSE50技术路线图 

  COURSE50(CO2 Ultimate Reduction in Steelmaking process by Innovative technology for cool Earth 50)是日本政府主导的钢铁行业环境友好型炼铁技术开发项目,主要包括高炉、烧结机和焦炉的技术研发。关于研发体制,富田辛雄表示,该项目由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)委托企业进行研究,受委托的企业有JFE、神户制钢、新日铁住金和日新制钢4家钢铁企业和新日铁住金工程公司,共5家公司。 

  COURSE50项目的技术研发内容分为两个,一个是削减高炉所产生的CO2的技术,另一个是对高炉煤气进行CO2分离/回收的技术。 

  高炉煤气中CO2的削减技术又分为3个方面:一是提高氢浓度的焦炉煤气富氢改质技术,二是利用氢气减少碳素还原材料的技术,三是研发适合氢还原的焦炭制造技术。CO2分离/回收技术是利用废热产生能量从高炉煤气中分离/回收CO2。 

  富田辛雄指出,目前,日本使用物理法和化学法对CO2进行分离。其中,物理法需要发电,化学法需要蒸汽和能源,而产生热量需要其他原料,就会产生CO2。“因此,炼钢厂需要在减少CO2产生方面进行更多的技术研发。” 

  富田辛雄详细介绍了COURSE50项目的研发路线图。2008年~2012年为第一阶段,主要进行基础技术的研发,共投入项目经费100亿日元,主要实施了利用氢实现铁矿石还原、分离/回收高炉煤气中所含CO2等要素的技术开发。2013年~2017年为第二阶段,主要进行综合试验,即以微型试验高炉为主体,实施氢还原和分离/回收CO2的综合集成技术开发。2017年~2030年,进行技术推广应用的研发,在2050年前实现技术转化和推广普及应用。 

  “在COURSE50项目中,我们要考虑技术的经济合理性,要用低成本进行技术研发。”富田辛雄表示。 

  “此外,CO2分离/回收后要进行封存,其封存技术由日本政府在其他项目中进行研发,不包括在COURSE50项目中。” 富田辛雄补充道。 

  研发高炉内促进氢还原的技术 

  在高炉中,铁矿石的还原反应有3个:一是CO的间接还原反应,属于发热反应;二是H2的间接还原反应,属于吸热反应;三是碳素的直接还原反应,属于吸热量很大的反应。传统高炉的还原法,空气和粉煤从下端的风口吹入,之后在回旋区发生反应,所有的气体都会变成CO、H2和N2,并向上方流动,其中,CO和H2用来还原铁矿石。通常,高炉中CO的间接还原占60%,氢间接还原占10%,碳素直接还原占30%。 

  “我们的目标是把氢还原的比例提升,把CO直接还原比例降低,最终把碳素还原剂的消费量降低10%,开发可利用H2类还原材料的铁矿石还原技术。”富田辛雄表示。 

  根据以上思路,日本在试验高炉中实施了富H2焦炉煤气和改质焦炉煤气的喷吹试验。由于H2的还原速度比较快,碳的直接还原和CO的间接还原均得到减缓,从而成功减少了碳的加入量。 

  瑞典某公司的高炉试验炉完成的实验结果显示,无论是从风口吹入焦炉煤气还是从炉身吹入改质的焦炉煤气,其氢的间接还原均会增加,碳的直接还原均会减少。 

  富田辛雄同时指出,除了在瑞典的这种试验高炉,该技术从炉体喷吹焦炉煤气,在日本其他高炉还没有比较成熟的应用。而天然气吹入以后,对整个还原气体的消耗或者高炉固体燃料消耗的影响作用还在研究中。 

  现阶段研究重视综合集成 

  富田辛雄指出:“现阶段的研发项目主要包括高炉炼铁CO2减排技术和高炉炼铁CO2分离/回收技术,其最大目标就是确立一个技术路径。” 

  在高炉炼铁CO2减排技术开发中,日本国内建成10m3规模的试验高炉,对高炉内促进氢还原的技术进行综合验证,以开发创新能使氢还原效应达到最大限度的反应控制技术,力争为将来的放大研究提供相关数据,该实证研究将在2018年后进行。 

  在高炉炼铁CO2分离/回收技术开发中,为了开发能与试验高炉相匹配的、可使CO2分离/回收成本控制在2000日元/吨CO2的技术,将实施高效化学吸收液的开发,进一步提高物理吸附法的效率,对未加利用余热的有效利用技术的应用研究,以促进更能控制成本的技术创新。 

  化学吸收法对CO2进行回收的原理是:分离CO2后,利用化学吸收液吸附CO2,之后对其进行加热,CO2吸收再循环使用。在此过程中,废热可以进行再利用。因此,在化学吸收法中,CO2再生所需要的能源,由开始的单位能耗为3吉焦/吨CO2~4吉焦/吨CO2降到了2吉焦/吨CO2。“我们目前努力的目标是单位能耗进一步降低到1.8吉焦/吨CO2。” 

  物理吸收法的原理是通过提高压力来吸附特定的尾气成分。例如,在特定压力环境下,吸收材料只吸收CO2,再通过解压处理进行CO2分离,而该过程是通过升压或降压来实现的。从2008年到2013年,日本已经把送风机在加压方面的单位电耗降低了一半。“我们现在正在进行相关的研发,希望把该数值降得更低。” 

  “COURSE50项目第二阶段研究的目的是汇总各个要素技术,在试验高炉中综合验证高炉炼铁CO2排放量能否减排10%,以开发创新能使氢还原效应达到最大限度的反应控制技术。”富田辛雄介绍。 

  该10m3的试验高炉目前正在试运行,将于2016年4月份开始正式运行。该试验高炉有一个评价体系,其中,包括铁原料设计及用料评估、焦炭设计及用料评估、预热燃烧器设计、破解炉内反应及运行设计、改质COG(氢类气)喷吹、喷吹风口复合式喷吹技术及喷枪结构设计、与CO2分离/回收设备联动等。 

  此外,富田辛雄表示,钢渣的显热部分热量很大,日本现在也组建了研究小组,研发如何有效利用钢渣的显热。同时,对于400℃以下的废热如何进行有效回收的技术研发,也是主要的研发项目。“低温废热的回收一般效率较低,为了提高效率,我们希望把废热回收设备做大。目前,我们正在推进低温废热回收效率方面的技术开发。”他补充说。 

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