国外钢铁低碳前沿技术简析

　　当前，我国炼钢企业中，高炉-转炉长流程炼钢仍然占据主导地位。一般而言，传统高炉工艺生产1吨生铁需要消耗350千克焦炭和150千克煤粉。由于化石能源的使用，造成炼铁、炼钢过程中二氧化碳和一氧化碳大量排放。因此，低碳冶金技术被认为是未来钢铁行业碳减排的重要抓手。

　　目前，被认为比较有前景的低碳冶金项目包括日本COURSE50计划、瑞典SSAB公司突破性氢能炼铁技术(HYBRIT)项目、欧洲超低二氧化碳排放炼钢工艺ULCOS项目、德国Car-bon2Chem项目等以低碳炼铁为核心，探索低碳炼铁工业化的路径，实现节能减排、高效绿色发展。

　　日本COURSE50项目围绕高炉碳减排，开发了部分使用氢代替焦炭作为还原剂的氢还原炼铁法，并预期通过该技术研发应用而实现的碳减排目标为10%。利用2015年在新日铁住金君津厂建成的小型试验高炉，进行高炉煤气改质富氢焦和高炉风口喷吹试验，随后进行了炉体拆解研究，确认部分使用氢作为还原剂的氢还原炼铁法，可使二氧化碳排放值接近期望的减排目标。

　　欧洲ULCOS项目在低碳高炉炼铁技术方面，研究了炉顶煤气循环工艺(TGR-BF)。该工艺有3个主要特点：一是使用纯氧代替传统的预热空气(即全氧喷吹);二是二氧化碳分离、捕集和储存;三是使用回收的一氧化碳循环作为还原剂，减少焦炭使用量。试验结果表明，TGR-BF工艺具有易于操作、安全性好、效率高、稳定性强的特点。其中，将脱离二氧化碳后的部分炉顶煤气加热到1200摄氏度，氧气和煤粉混合通过炉缸风口喷吹入炉内，同时将脱离二氧化碳后的炉顶煤气加热到900摄氏度，从炉身适当位置喷吹的减排效果最佳，可降低26%的二氧化碳排放，被确定为下一步工业规模高炉试验的首选方案。

　　基于ULCOS项目，HYBRIT项目将研究采用氢的直接还原工艺，而氢则是利用非化石能源产生的。氢与球团矿发生反应，生成直接还原铁(DRI)，将直接还原铁与废钢一起装入电炉，或者制成热压块铁储存或出售。HYBRIT项目的核心是提升技术、降低成本，使氢气冶炼钢铁在经济上与传统焦炭炼铁相比有竞争力。焦炭和氢气都可作为还原剂去除铁矿石中的杂质。传统冶炼钢铁工艺中二氧化碳排放占全行业90%，比如使用氢气替代焦炭，氢气将与铁矿石中的氧气反应生成水蒸气，实现碳的零排放。

　　与上述各项技术减少碳排放不同，Car-bon2Chem项目是利用钢厂废气中含有的化工原材料，比如以一氧化碳和二氧化碳形式存在的碳、氮和氢等，生产含有碳和氢的合成气体，再应用于生产氨气、甲醇、聚合物和高级醇等各种初级化工产品，替代目前天然气、煤等化石原料。因此，Car-bon2Chem不仅可转化钢厂废气中的二氧化碳，同时也节省了生产此类合成气体的碳资源使用量。2018年9月份，蒂森克虏伯Car-bon2Chem项目成功地将钢厂废气转化为合成燃料，生产出第一批甲醇。2019年1月份，蒂森克虏伯成功利用钢厂废气生产氨，这在全球范围内尚属首次。蒂森克虏伯宣布，目前全世界大约有50家钢厂符合引进Car-bon2Chem项目的条件，已开始与各地的意向方建立联系，探讨将该技术运用于其他二氧化碳密集型行业。

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