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钢铁行业可持续发展的最新进展

RecentSustainability Developments in the Iron and Steel Industry

钢铁行业可持续发展的最新进展

概述了近年来钢铁行业的一些减碳排放创新,包括:(1)减少高炉产量,趋向采用电弧炉熔炼废钢或使用直接还原铁炼钢;(2)直接还原铁过程中使用氢作为还原剂,氢气则通过绿色电能而产生;(3)铁矿石湿法冶金电解;(4)熔融氧化物电解(Boston Metals);(5)欧洲研发超低二氧化碳炼钢(ULCOS)计划(高炉煤气回收,HISarna);(6)利用废气生产化工产品;(7)矿渣在水泥工业中的应用。

钢铁是全球最大的二氧化碳排放行业之一,占全球二氧化碳排放总量的7-9%,约占整个工业二氧化碳排放的30%。图1描述了自19世纪晚期高炉现代化以来,全球粗钢产量不断增长的情况。2018年,全球粗钢产量刚刚超过18亿吨,比2017年7.3年增长4.6%

全球粗钢产量和增长率[2]

如果钢铁产量继续增长,降低粗钢的二氧化碳排放浓度对降低钢铁行业的全球排放将变得越来越重要。为了保持可持续发展事态(SDS),国际能源机构倡导巴黎协议目标,钢铁工业必须减少二氧化碳,在2017年到2030年之间,粗钢二氧化碳强度每年要降低1.9%,如图2所示,粗钢的二氧化碳强度自2009年以来一直在下降(在2017年下降了1.8%);但是,要降低钢铁产品每吨的排放量,还需要钢铁行业进一步的努力和不断的技术进步。

钢铁生产直接排放二氧化碳强度

最近有几项发展旨在减少钢铁行业对环境的影响项目。这些项目、技术或创新可以分为以下几类:

1. 使用氢还原铁矿石。

2. 绿色能源的使用。

3. 管未技术,使用生物碳原料。[4]

本文讨论了目前的钢铁工艺路线及其二氧化碳排放。本文还回顾了现有的以及即将出现的低[1]排放技术(LETs),这些技术可能会从根本上改变钢铁行业。

钢铁的主要工艺路线

钢材生产主要有三条制造路线:

1. 采用高炉(BF)、转炉(BOF)和焦炉的长流程。

2. 电弧炉炼钢用直接还原铁(DRI)生产。

3. 电炉采用废钢冶炼。

最常见的路线是传统的长流程,即使用高炉炼铁,转炉炼钢(图3)。全球约70%的钢铁生产依赖于高炉和转炉路线。[5]铁矿石作为原料,冶金焦炭用于高炉中铁矿石的还原剂。第2和第3条钢铁生产路线涉及用废铁和/或DRI作为铁源的电弧炉,全球约30%的钢铁产量是通过电弧炉生产的。通常,50-100%的电炉原料含有回收的废钢,添加原始铁矿石提炼出来的铁(DRI或热压块铁(HBI))来稀释废钢中残余元素或替换购买的废钢)。电炉冶炼需要大量电力,然而,电炉路线的直接二氧化碳排放量通常较低。

3  2018年各种钢铁生产工艺路线概括

Hatch计算了三条工艺路线每吨热轧卷板(HRC)的二氧化碳排放量,传统的高炉和转炉的长流程路线,100%直接还原铁和100%废钢冶炼的电弧炉短流程路线。为了计算综合高炉和转炉炼钢路线的排放,使用了以下操作假设:

1. 烧结矿/球团矿比为90% / 10%。

2. 每吨热铁水需要1600kg烧结矿+球团入高炉。

3. 每吨热铁水需要325公斤焦炭。

4. 每吨钢冶炼需要1.1公吨钢铁水。

5. 热轧卷板成材率为0.98。

采用西欧钢铁行业最好的10%技术指标作为基准值来进行估计,焦炭和烧结厂的二氧化碳排放量为0.33吨二氧化碳/吨焦炭和0.191吨二氧化碳/吨烧结。[6]除石灰窑排放及板坯连铸机后用电需求外,高炉、转炉路线CO2排放约为2.05吨CO2/吨HRC。图4所示为高炉和转炉长流程冶炼二氧化碳排放的桑基图。

桑基图,描述了典型的长流程高炉/转炉的二氧化碳排放点。每吨热轧板卷总CO2排放量为2.05

(图中左上:炼铁排放包含热风炉和动力厂,525kg/t HRC + 827 kg/t TRC = 1452 kg/t HRC;图中右下:从石灰窑中的排放,和板坯连铸后的电力需求(如轧钢需要的电能)不包含在内)

由于电弧炉炼钢需要大量电力,计算出的每吨热轧带卷HRC排放量取决于电弧炉运行的地区(及其各自的电网电力排放系数)。在法国,电网电力排放因子低至0.08 kg CO2/kWh,而在中国和印度,电网电力排放因子均大于1.0 kgCO2/kWh。采用日本国家电网0.47 kg CO2/kWh的电力排放因子计算两种电炉情景下的排放量,假设以天然气为基的DRI生产,生产一吨DRI的二氧化碳排放量约为0.5吨。

100%使用DRI电炉和100%废钢电炉来生产热轧盘卷带钢,吨钢的二氧化碳排放量分别约为0.96吨和0.26吨。典型的电炉既使用部分来自矿石铁原料,也使用部分废钢,其排放值将介于100% DRI和100%废钢路线之间。图5总结了三种情况下的计算CO2排放量。

电炉使用DRI和使用废钢工艺比较,传统高炉/转炉长流程冶炼过程中的CO2排放( tCO2/tHRC)

按工艺路线划分的地区差异

现代高炉和转炉炼钢技术已经存在一百多年,然而,电炉炼钢始于20世纪初,直到20世纪60年代大量废钢出现后才开始普及。早期电炉钢生产受到缺乏电力供应的限制——特别是廉价的电力,缺乏足够的废钢供应,而且只能生产低等级的钢铁产品。在过去的50年里,对电弧炉的改进已经使将近80%的钢铁产品可由电弧炉生产。[7]拥有廉价电力和拥有足够废钢或者有丰富用于DRI生产的天然气的国家通常电弧炉生产钢铁产品比例高。2018年,美国68%的钢铁都是通过这种方式生产的,相比之下,中国的这一比例仅为12%,废钢不足和电价过高仍是中国电炉生产的限制因素。[2]图6显示了自1985年以来电炉占粗钢产量百分比,突出看出美国和中国钢铁生产工艺路线上的差异。

电弧炉占粗钢产量的百分比[8]

减排策略

工艺路线选择——长流程炼钢、电炉炼钢和DRI   

利用日本电力排放系数可以看出,电炉炼钢工艺,特别是使用废钢情况下,其排放明显低于传统高炉和转炉长流程工艺。为了实现更环保的炼钢,向电炉冶炼工艺全球转型可以显著减少钢铁行业的二氧化碳排放。如果60%的钢产自高炉和转炉路线,40%产自电炉工艺(使用100%的NG-DRI原料),则排放量可减少约20%,生产吨钢热轧板卷就可以达到1.62吨CO2排放量。如果在电炉中使用更高比例的废钢,排放会进一步减少。

电炉炼钢要想成为传统高炉转炉长流程可行的替代选择,低碳绿色的电力和充足的废钢是必要条件。此外,电炉必须能够冶炼所有的钢种,只能在电炉中添加原始铁矿石含铁产品原料(即DRI或者HBI)。DRI和HBI的生产主要制约因素是天然气的可用性和成本。在天然气资源丰富的地区(如美国),很多电炉使用DRI冶炼生产。因此,在低碳绿色电力、废钢和天然气供应充足的地区,可以假设DRI/EAF工艺路线最终可以取代高炉和转炉的长流程工艺路线,生产钢铁产品时候排放的二氧化碳排放大大减少。图7显示了地区和年份的DRI/HBI产量,近年来,全球DRI/HBI产量显著增加。

按地区和年份的世界直接还原铁和热压块铁产量[9]

在中国这个世界上最大的钢铁生产国中,由于电力限制和DRI和废钢价格偏高,电弧炉炼钢目前受到限制。在过去的十年里,中国一直在进口废钢;然而,2017年中国废钢出口激增,不久之后中国停止进口废钢。在未来几年,由于21世纪中国钢铁工业的快速增长,中国国内废钢的可用性预计将增加(图8和图9),电力将变得更加丰富。因此,用电炉替代一些长流程很可能会成为一个全球性的现实。

预计到2030年中国可用废钢量,以百万吨为单位

预计全球每年可获得的废钢量,单位百万吨

高炉改进

由于目前有70%的钢铁是通过高炉和转炉生产的,减少钢铁生产中CO2排放强度的短期策略是对现有的高炉加强改造,从而减少吨钢CO2排放量。高炉和转炉的改进包括使用电能技术,如提高热风炉温度、转炉煤气回收、对热风炉或炼焦工艺进行改进、高炉喷吹天然气替代部分焦炭,以及使用生物质等替代燃料。

在高炉采用电力技术可以减少二氧化碳排放,前提是电能来自可再生能源或绿色国家电网。等离子加热是利用电能产生高温、高速等离子体流,自20世纪80年代引入高炉以来,其可靠性和可维护性有了显著提高。Hatch的热风过热技术采用等离子喷枪将热风过热送入高炉,从而减少了焦炭消耗,提高了高炉的生产效率。[11] IGAR是目前由安赛乐米塔尔公司和Europlasma公司开发的一项技术,该技术利用等离子喷枪反应器对高炉顶部气体进行利用改造,并将含CO的合成气通过风口循环回高炉,从而减少碳粉消耗。[12]同样,高炉顶部的气体可以通过真空变压吸附(VPSA和PSA)来分离和捕获二氧化碳,并将CO再循环返回高炉利用。该技术是通过超低二氧化碳炼钢(ULCOS)计划开发的,预计将导致焦炭率降低35%,将高炉和转炉长流程路线的总体排放减少约18%

干熄焦是对现有炼焦技术的一种改进,该技术利用惰性气体对炽热焦炭进行热能回收。回收的热量用于在锅炉中产生蒸汽,用于其他用途,如发电。干熄焦的水分含量非常低,这导致高炉节省焦炭。焦炭干熄焦技术为新日铁和住友工程拥有,该技术已投入商业应用。截至2018年3月,已经建造了126台焦炉,与传统焦炉相比,它们可以节省5-10%的二氧化碳。[14]

许多高炉改进项目的重点是利用生物碳替代冶金用煤/焦炭。与其他化石碳源类似,生物碳向大气释放二氧化碳;而生物碳生产过程中释放的CO2是生物在生长过程中吸收的CO2,这是一个大自然的平衡过程,因此认为生物碳产生的是中性温室气体(GHG)。加拿大炭化研究协会(CCRA)与CanmetENERGY的冶金燃料实验室(MFL)合作,旨在用生物碳替代现有钢铁设施中的化石碳,他们的2030年目标包括替代10%的冶金焦炭,在高炉炼铁中100%替代喷吹煤粉(PCI),在电炉炼钢中100%替代化石碳。Torero是阿塞洛-米塔尔公司发起的一个项目,该项目利用烘培技术将废木材转化为生物煤。目前,在比利时的阿塞洛-米塔尔根特(ArcelorMittalGhent),一家大型示范工厂正在建设中,目标是每年将12万吨废木材转化为5万吨生物煤。[12]淡水河谷公司开发的新的炉子Tecnored旨在利用木炭作为碳源。该炉类似于移动床竖炉,它装有自还原型煤和固体碳源,以产生液态生铁,类似于高炉的产品。目前,在巴西São Paulo有一个75000吨/年的示范工厂,该工厂自2011年16日开始运营。[16]

在高炉中使用生物材料作为碳替代品的一个主要问题是生物碳具有很高的活性,这将导致焦炭质量的显著下降。Steinmetzger等人研究了利用甘蔗渣作为生物材料制作生物煤,发现这种方式生产的生物煤不能达到与化石煤相同的效率。[17] Ng等人的实验发现,在制作生物煤块中用焦煤对生物炭进行致密化,可以提高得到的生物煤的质量,但是在这些实验中,煤的混合中只含有10%的生物炭。[18]  由于煤炭质量的下降,在高炉中完全用生物煤替代化石煤是不可能的现实。

2018年11月,能源过渡委员会(ETC)发布了“可能的任务”报告,阐述了工业部门碳的零排放经济根本不可能实现,ETC预测,钢铁行业中只有5%的能源组合将通过生物能源和生物原料提供(图10),绿色电力和氢还原技术将在未来的钢铁生产中扮演重要角色,这样才能得到零碳排放的未来。

10  能源转型委员会(ETC)对零碳经济中能源结构的说明[19]

(左侧从上至下:水泥,钢铁,化学能,化学物质,其它工业,轻载运输,重载运输,船运,航空,建筑物取暖,农业,其它,总供应侧路径,总供应侧+效率路径)

氢还原炼铁项目

降低钢铁工业二氧化碳排放的长期解决方案是使用氢取代碳作为铁的还原剂技术,氢的使用避免了二氧化碳的产生,反应产物仅仅是水。氢还原技术有两种方法:

1. 向高炉喷氢,降低所需的煤/焦量。

2. 氢可作为天然气的替代物用来生产DRI,电弧炉使用氢制造的DRI进行冶炼。

虽然从理论上讲,在粗钢生产中使用氢可以将炼钢过程中的二氧化碳排放量减少到接近于零,但只有使用绿色氢才能实现全球二氧化碳的减排。氢可以由蒸汽甲烷重整的方式生产,这是一种碳氢化合物之间的反应和蒸汽高压下产生的氢气和一氧化碳,一种内在的非绿色工艺过程;或用电解的方式,用电力来把水分解成氢和氧,使用15L的水电解生产氢气需要55至86千瓦时的电力,因此,为了生产绿色氢气,必须使用可再生电力能源技术。

利用2018年的粗钢产能计算,如果完全用氢取代煤碳,各种工艺路线生产的18亿吨粗钢需要6400万吨氢,这就需要4150TWh/年的绿色电力来生产这么多的氢。从这个角度来看,用氢取代碳,生产完全绿色钢铁所需的电力大约是澳大利亚年电力消耗的两倍,或者是2018年中国年电力消耗的10%。奥钢联已经计算出大约需要33TWh的外部可再生电力来生产足够的氢来运行其林茨和多纳维茨高炉和转炉的生产,这相当于奥地利目前发电量的一半,即大约4000个风力电站,每个风能电站的发电量为4兆瓦。[20]因此,与煤/焦炭或天然气生产方法相比,生产绿色氢的成本是非常高的。

尽管取代碳作为还原剂需要大量的氢,而且氢的成本很高,许多钢铁制造商已经启动了在高炉中探索使用氢的项目。蒂森克虏伯与液化空气公司合作的目的是通过在风口喷入氢气来减少高炉中煤粉的数量,该氢气是通过蒸汽制氢工艺得到的。该项目计划在2019年秋季开始,计划在杜伊斯堡 BF9高炉里注入2.5万Nm3/h的H2,这样每吨铁水可以节省约19%的CO2排放量。GrInHy2.0和H2Future是由EU Horizon 2020资助的技术,旨在通过固体氧化物电解燃料电槽技术生产用于高炉还原剂的绿色氢气。H2Future目前正在奥地利奥钢联集团林茨钢铁厂建设世界上最大的质子交换膜(PEM)电解工厂,产能为6兆瓦,小时生产1200立方米的绿色氢。目前,高炉在可接受的操作条件下的最大氢置换量仍然是未知的;然而,用现有的高炉技术完全取代煤炭是不太可能的。

氢作为还原剂的更有前景的应用可能存在于H2-DRI的生产中。使用天然气的NG-DRI直接还原铁生产目前使用的还原性气体中氢气含量约为55%;因此,该工艺有潜力逐步引入额外的H2,其组成比例最高可达100%,因为H2的利用更加经济可行。Muller等人认为,与NG-DRI相比,H2-DRI有可能减少91%的二氧化碳排放。[23]以H2为还原剂的DRI生产技术包括H2Hamburg、HYBRIT和SALCOS。H2Hamburg是阿塞洛-米塔尔拥有的一项新的炉子技术,利用回收废气来生产H2,绿色氢作为还原剂每年可生产0.55万吨DRI。该工艺每吨HRI需要635 m3STPH2[24]  HYBRIT项目(图11)是由SSAB、LKAB和Vattenfall拥有的H2-DRI - EAF工艺,该工艺使用电解产生的H2来生产DRI。目前正在瑞典Luleå为这个项目建设一个试验工厂。Salzgitter正在带头开展SALCOS研究,以生产用于高炉和电炉的原料DRI。

11  H2-DRI-EAF路线炼钢与高炉路线的比较(左侧为长流程,右侧为H2-DRI-EAF工艺)

熔融还原技术

熔融还原是一种依赖于煤在铁水中气化的替代煤基炼铁工艺。熔融还原过程包括两个区域:预还原区和熔融还原区。煤进入熔融还原区气化,产生热量和丰富的CO热气体,热能在熔融还原区熔化铁矿石,而热气体被输送到预还原区。热气体在铁的氧化物进入熔炼还原区之前对其进行预还原,最终发生还原反应。熔融还原技术避免使用焦化工艺,往往避免了铁矿石的团聚过程,显著减少了二氧化碳排放。大多数熔融还原工艺的缺点是需要大量的氧气,价格昂贵,目前只有不到1%的钢是通过熔融还原生产的。

两种最常见的熔融还原技术是HISARNA和FINEX。HISARNA是ULCOS项目的一部分,该项目的目标是在炼钢过程中减少50%的二氧化碳排放。自2007年以来,塔塔钢铁、里约热内卢Tinto和ULCOS一直在开发HISARNA技术,该技术直接将铁矿石和煤转化为铁,无需对矿石和煤进行任何预处理(图12)。与传统炼铁路线相比,这将减少20%的二氧化碳排放,并且在HISARNA炉中使用生物质碳或废钢可进一步减少50%的排放。使用纯O2代替炉内的热风,产生含有高浓度二氧化碳的顶部气体,使HISARNA工艺成为理想的碳捕获工艺。该项目一直在与TNO合作开发碳捕捉和存储(CCS)方法,如温室植物生产,或提高石油回收,将与HISARNA工厂一起使用,减少80%的排放。[26]目前,位于荷兰IJmuiden的塔塔钢铁公司拥有一座年产6万吨的试验工厂,而第二座年产40万吨的工厂预计在撰写本文时开始建设。

12  HISARNA熔融还原技术

FINEX由一系列流化床反应器组成,通过三到四个阶段将铁矿石还原为DRI,然后将矿石压实并以HBI的形式充入熔炉-气化炉装置中,将其还原为金属铁,FINEX炉将烧结厂、焦化厂和高炉组合成为一个单元。目前,浦项制铁在韩国的浦项制铁工厂有三个工厂,其中最大的是一个200万吨/年的工厂。据报道,FINEX工艺比高炉工艺降低4%的二氧化碳排放量。[27]

避免使用碳的选项方案

目前有两个试点项目正在研究全新的工艺路线,有可能彻底改变钢铁行业并使其脱离碳的影响:熔融氧化物电解(MOE)和铁矿石电解,这两种都是绿色电力技术。

熔融氧化物电解

波士顿金属公司(Boston Metal)正在开发一种从铁矿石中无碳生产钢铁的工艺。这一过程处于小规模的试产水平阶段上。MOE工艺以铁矿石为原料,通过惰性阳极和更稳定的熔融氧化物电解液层选择性还原铁。纯铁定期从槽中取出,添加合金,然后按照典型的下游炼钢设备对钢进行加工和浇铸。熔融氧化物层是由铁矿的脉石成分与助熔剂结合而成,以保持目标化学性质和碱度。该过程中使用的设备类似于铝生产的电解槽,因此是可扩展添加,这种方法适合于现有工厂的钢铁增量生产,可以直接取代大型综合钢厂。波士顿金属公司实现无碳炼钢的关键创新是开发了惰性阳极,使得电解槽释放的主要气体是氧气(而不是CO或CO2)。MOE工艺是电力的主要消耗者,并要求建立绿色电网,以减少钢铁行业的二氧化碳排放。

Siderwin铁矿石电解沉结项目

Siderwin工艺是由安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)牵头的一项欧洲钢铁业倡议,使用电解槽生产金属铁。当铁矿石被引入电解槽时,电流通过电极,铁被吸引到阴极,氧被吸引到阳极。该项目由欧盟地平线2020资助,目前处于试产阶段,在撰写本文时,一个3米长的工业电解槽正在建设中,用于测试各种铁矿石原料,包括含铁废料。[12]

生产金属铁的三个主要工艺步骤是:

1. 赤铁矿与可溶的二价铁形成磁铁矿的化学反应:

               (公式1)

2. 磁铁矿与铁电的耦合:

            (公式2)

3. 铁在阴极极化下的电解结晶:

          (公式3)

Siderwin工艺的设计是以高能源效率运行,目标是有一个灵活的生产率,这将是在间歇性可再生电力的电网上运行的理想选择。在法国Maizières的研究和开发实验室进行的测试表明,与电解生产氢所需的电力相比,运行电解槽所需的电力更少。与传统的高炉和转炉路线相比,Siderwin技术可以减少87%的二氧化碳直接排放

废气到产品过程

碳的捕集、储存和利用也可能在向低排放的钢铁生产迈进过程中发挥作用。碳捕获储存和利用过程从废气流中捕获二氧化碳,并将其作为产生各种化学产品的原料重新利用,避免使用煤炭或天然气原料。从钢铁废气流中捕获的二氧化碳可以用于提高油井的石油采收率,或者可以转化为更高价值的产品,如生物乙醇、生物甲醇或聚合物。二氧化碳也可以储存在水泥中或用作藻类生长的饲料;然而,要完全消除钢铁行业目前的二氧化碳排放,需要大量的水泥或藻类,这给扩大使用这些技术带来了挑战。

生物乙醇通常是由生物材料(如玉米或甘蔗)的糖的酵母发酵生产出来的,它被用作汽油的替代品。生物乙醇很有吸引力,因为它从可再生资源中获得,毒性较低,与化石燃料相比产生的二氧化碳排放量略少。对生物乙醇以及生物质原料的需求不断增加,意味着生物乙醇的价格一直在上涨;因此,从替代原料中采购生物乙醇将是理想的方案。LanzaTech,一家美国公司,拥有用于分离高炉煤气用于生物乙醇生产的生物技术。阿塞洛-米塔尔与兰扎泰克公司合作,一直致力于通过Steelanol/ carbalystst项目开发这一技术。高炉煤气通过一个反应器来捕获一氧化碳废气并将其生物转化为生物乙醇。对这一工艺生命周期分析表明,与化石运输用燃料相比,二氧化碳排放量减少了87%。一个示范工厂目前正在比利时根特Ghent建造,计划从工厂收集15%的废气,每年生产8000万升生物乙醇。[12]

Carbon2Value是一个由安赛乐米塔尔公司领导的类似项目,该项目利用变压吸收法分离高炉煤气,并利用化学生产Fischer-Tropsch工艺将其转化为生物乙醇和乙烯。[12]

甲醇可以用高炉煤气或焦炉煤气生产,通过避免使用化石燃料来减少二氧化碳排放。用于甲醇合成的合成气可以是H2、CO2和CO的混合物;然而,像N2这样的化合物必须从气体中去除,才能用于生产甲醇。[30]由蒂森克虏伯牵头的Carbon2Chem项目由几个子项目组成,这些子项目将钢铁排放的气体转化为甲醇,然后可用于生产各种甲醇衍生物,如塑料、氨或甲氧基甲烷。一个试验工厂在蒂森克虏伯杜伊斯堡,于2018年开始运行,当项目得到全面实施,它的目标是在德国每年减少2000万吨的钢铁厂排放量。[31]  FReSMe, 是2020年一个类似的项目由欧盟地平线公司运作,旨在CO2from高炉煤气转化为甲醇主要被用作船运输使用的燃料。[32]

将现有的碳捕集、储存和利用技术应用于综合性长流程钢厂的烟气流的一个主要问题是存在不良化合物。在高炉煤气或焦炉煤气用作原料之前,必须将CO和CO2独立分离出来。加拿大CO2公司开发了一种工艺,使用1T1酶来加速二氧化碳捕获,产生纯二氧化碳气流(>99%),非常适合重复使用或隔离。目前,加拿大魁北克的卡夫纸浆厂正在启用一个每天30公吨的捕集装置。[33]

结论

很明显,钢铁行业正在对减少碳足迹的技术研发投入大量资金。短期的解决办法,例如增加对高炉的改进措施,或过渡到电弧炉炼钢,可以帮助减少每吨钢铁生产的CO2排放量;然而,如果要大幅减少二氧化碳排放,则需要改进新的替代工艺,如使用氢作为还原剂或绿色冶炼还原技术,以实现工业脱离碳的影响(图13)。此外,政府支持绿色能源和逐步淘汰化石工业的举措对于推动这些突破性技术,使其成为现有工艺路线的可持续和低成本的替代方案至关重要。

13  低排放技术及其对减缓二氧化碳潜力的适用性的看法

(左侧1排:深绿圆圈:电炉冶炼使用化石电力能源熔化废钢;下面浅绿:高炉改进技术,喷煤改为喷射天然气

左侧2排:深绿圆:新的煤基炼铁工艺;下面浅绿圆:在高炉中采用生物质碳原料

左侧3排:上绿圆:使用绿色电能的电炉,原料是氢还原的DRI;中绿圆:高炉中使用氢;下绿圆:循环经济(钢渣和废气生产副产品产品和化工产品。)

右上绿圆:熔融氧化物电解,电解铁矿石生产钢铁。)

 

参考文献

1.World Steel Association,“Steel’s Contribution to a Low Carbon Future and Climate Resilient Societies,”World Steel Position Paper, 2019.

2.World Steel Association,“World Steel in Figures,” 2019.

3.World Steel Association,“Global Crude Steel Output Increases by 4.6% in 2018,” Press Release, Brussels,Belgium, 2019.

4.International EnergyAgency, “Iron and Steel Tracking Clean Energy Progress,” 24 May 2019.

5.World Steel Association,“Steel Industry Co-Products,” 2019.

6.H.B. Lüngen and M.Peters, “Iron Making in Western Europe,” METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany,2011.

7.American Iron and SteelInstitute, “Chapter 5: Electric Arc Furnace Steelmaking,” Steel Technology RoadMap.

8.World Steel Association,Steel Statistical Yearbook, 2019.

9.Midrex Technologies Inc.,“2017 World Direct Reduction Statistics,” 2018.

10.World Steel Association,“Global Steel Industry: Outlook, Challenges and Opportunities,” 5thInternational Steel Industry and Sector Relations Conference, Istanbul, Turkey,2017.

11.J. Bolen, I. Cameron, D.Tu, M. Sukhram and J. Woloshyn, “Use of Plasma Torches to Overcome Top Gas TemperatureLimits When Adding DRI or HBI to Blast Furnaces,” METEC, Düsseldorf, Germany,2019.

12.ArcelorMittal,ArcelorMittal Climate Action Report 2018, Grand Duchy of Luxembourg, 2019.

13.J. van der Stel,“Development of ULCOS Blast Furnace,” IEAGHG/IETS Iron and Steel Industry CCUSand Process Integration Workshop, Tokyo, Japan, 2013.

14.K. Itakura,“Introduction of Current Technologies for Coke Dry Quenching System,” NipponSteel and Sumikin Engineering Co. Ltd, Kitakyushu City, Japan, 2016.

15.K. Wing Ng, “Biocarbonfor Canadian Iron and Steel Production,” BioCleanTech Forum, Ottawa, Canada,2016.

16.J. Noldin, M. deAlbuquerque Contrucci, J. D’Abreu, “Tecnored Process — High Potential in UsingDifferent Kinds of Solid Fuels,” Materials Research, Vol. 8, No. 4, Sao Carlos,Brazil, 2005, p. 447.

17.T. Steinmetzger, M.Borowycz, S.H. Freitas Seabra da Rocha, “Biocoal as a Carburizing Agent inFoundry Processes in Respect to Improving the Environmental Balance,” METECInSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

18.K.W. Ng, X. Huang, L.Giroux, and T. Todoschuk, “Incorporation of Biocarbon in Blast FurnaceIronmaking,” METEC InSteelCon,Düsseldorf, Germany, 2019.

19.The Energy TransitionsCommission, “Mission Possible — Reaching Net-Zero Carbon Emissions From Harder-to-AbateSectors by MidCentury,” Energy Transitions Commission, 2018.

20.T. Buergler, “TechnologyDevelopment Hydrogen Steelmaking,” METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

21. “Hydrogen for the BlastFurnace,” thyssenkrupp Steel, 2019.

22.GrInHy2.0, ProjectOverview, GrInHy2.0, https://www.green-industrial-hydrogen.com.

23.N. Muller, G. Herz, A.Redenius, V. Hille, E. Reichelt, and M.Jahn, “Assessment of the Transition FromCoal-Based Steelmaking to Hydrogen-Based Steelmaking,” METEC InSteelCon,Düsseldorf, Germany, 2019.

24.K. Rechberger, et al.,“Green Hydrogen for Low-Carbon Steelmaking,” METEC InSteelCon, Düsseldorf,Germany, 2019.

25.M. Dorndorf et al.,“Transition Technologies for Inevitable Transformation Process of IntegratedSteelmaking Route,” METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

26.R. Hekkens, B. van derMulen, A. Steeghs, C. Pietersen and J. van der Stel, “Road Map Toward CarbonNeutral Steelmaking,” METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

27.Primetals TechnologiesLtd, and Posco Ltd., “The Finex Process Economical and Environmentally SafeIronmaking,” Austria, 2019.

28.H. Lavelaine, “SiderwinProject: Electrification of Primary Steel Production for Direct CO2 Emission Avoidance,”METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

29.TECNALIA Research andInnovation, “Development of New Methodologies for Industrial CO2-Free SteelProduction by Electrowinning, 2018.

30.G. Harp, “Steel MillsAdvantage for CO2 Lean Methanol Production — A Brilliant Example for SymbiosisBetween Chemistry and Steel,” METEC InSteelCon, Düsseldorf, Germany, 2019.

31.Thyssenkrupp, TheCarbon2chem Project, 2018, http://www.circulary.eu/project/carbon2chem.

32.FReSMe, 2017, http://www.fresme.eu/about.php.

33.CO2 Solutions, 2018,https://co2solutions.com/en/projects.

 

作者

Alisha Giglio:Process Engineer, Climate Change andSustainability, Hatch Ltd., Mississauga, Ont., [email protected] 

唐杰民2021年2月底在黄山屯溪翻译自美国《钢铁技术》2021年3月期刊,3月2日完成于镇江丹阳。水平有限,对低碳经济了解不足,翻译过程中出现的不妥之处和错误之处,希望各位看官给予指正。


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