日本钢铁行业为应对全球气候变暖所实施的节能减排措施

随着国际社会对环境问题的不断关注和资源紧张对节能降耗提出的紧迫要求，世界各国钢铁行业在节能减排和环境保护方面的新技术不断涌现。10月29日，日本经济产业省金属课金属技术室田中良佑和JFE钢铁技术地球环境组组长手塚宏之在第十一届中日钢铁工业环保节能先进技术专家交流会上介绍了日本钢铁业为应对全球气候变暖所实施的节能减排措施。

 

全球钢铁产量仍将增长，控温压力增大

 

手塚宏之介绍，1958年，日本的人均钢铁蓄积量仅为1吨，经过20世纪60年代的经济高速增长期，到1973年人均钢铁蓄积量达到4吨，1988年达到7吨，2003年达到10吨。这期间的人均钢铁蓄积量增长速度为0.2吨/年。之后的时期内，人均钢铁蓄积量的演变趋缓（约为0.06吨/年）。2015年，日本的钢铁蓄积总量为13.6亿吨，人均为10.7吨。

 

 

手塚宏之指出，发达国家的人均钢铁蓄积量在8吨~12吨左右，预计中国和印度的人均钢铁蓄积量将分别于本世纪前半叶和本世纪内达到10吨。

 

手塚宏之认为，到2100年，全球粗钢产量将达到37.9亿吨，生铁产量将达到12亿吨，废钢铁利用量将达到29.7亿吨，钢铁蓄积量将达到1118亿吨，人均钢铁蓄积量将为10吨。

 

大力推进革新及超革新技术研发

 

在交流会上，手塚宏之设想了未来日本钢铁业技术发展的4种情景，并对这4种情景会产生的结果进行了预测。

 

情景一是继续按照现有模式进行炼铁和使用废钢资源。在这种情况下，吨钢能耗不会发生较大变化，但是钢铁的积蓄量以及废钢的积蓄量和使用量会增加。

 

情景二是日本计划将已有的尖端节能技术（CDQ、TRT等）最大限度地推广到全世界。在这种情景下，国际能源署（IEA）发布的《2014能源技术展望》（ETP2014）中削减21%能耗的目标有望在2050年前实现。

 

情景三是日本现在正在开发的革新技术如COURSE50（创新炼铁工艺技术）等技术将在2030年后、2050年前得到最大程度的应用。

 

情景四是根据日本铁钢联盟提出的应对气候变暖长期策略，日本将从2030年开始，以“3个环保”（环保工艺、环保产品、环保解决方案）为基础，推动超革新技术如氢还原炼铁、CCS（二氧化碳捕获和封存）、CCU（二氧化碳捕集和利用）等技术的开发，最终在2100年实现“零碳钢”的目标。

 

手塚宏之介绍了COURSE50项目、铁焦技术开发项目等革新技术和超革新技术。他指出，COURSE50技术能有效开发利用焦炉排放的气体并部分替代高炉装入的焦炭，还原高炉中的铁矿石（氢还原炼铁），能减少30%的二氧化碳排放。该技术将在2030年左右实现应用。

 

氢还原炼铁的化学方程式为：

 

2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O

 

氢还原炼铁每生产1吨生铁所需要的氢气量为：还原所需氢气（601标准立方米）、吸热反应过程所需氢气（67标准立方米）、将铁水加热到1600℃所需氢气（85标准立方米），共753标准立方米/吨(理论值)，若假设利用率为75%，实际上需要的氢气量约为1000标准立方米/吨。

 

到2100年，全球12亿吨生铁生产所需的氢气量约为1.2兆标准立方米，如果制氢的电力单耗为4.5千瓦时/标准立方米氢气，则需要5.4兆千瓦时的电力。

 

COURSE50项目还能实现二氧化碳的回收。该项目利用钢铁厂内未加利用的低温废热实现高炉气体中二氧化碳的分离，然后再对其进行回收。2008年~2017年，日本使用规模约为实际高炉1/400的试验高炉研究开发氢还原铁矿石及从高炉气体中分离回收二氧化碳的技术，并将两项技术合并实施。2018年，日本大力推动综合技术开发，旨在到2030年左右实现该技术的转化应用，在2050年左右实现该技术的普及推广。

 

铁焦技术开发项目通过有效利用低品位的煤和铁矿石，生产作为高炉炼铁原料的铁焦，提高高炉内的还原反应效率，使还原温度比一般高炉降低约100℃，从而使炼铁工艺中的节能效果达到10%。

 

田中良佑介绍，目前日本正在建设中型规模铁焦生产设备（产能为300吨/日）。从2020年起，日本将利用中型规模铁焦生产设备对该技术进行中试，并验证在大型高炉长期使用铁焦进行生产的实际效果，力争在2030年左右引入5座铁焦生产设备。