王国栋院士：建设跨系统运行的工业互联网系统，彻底解决钢铁行业的碳排放问题

 

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，并预期通过该支柱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（容积10 m3）进行炉煤气改质富氢焦和高炉风口喷吹试验[12]，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CO2排放量低值接近期望的减排目标。

另外，日本JFE 钢铁公司在2006—2012 年开展了竖炉法铁焦项目[13]，将低黏结性煤和铁矿石粉碎到一定粒度，加入黏结剂按一定比例混合后压块，再经竖炉炭化生产高反应性的铁焦新型炉料。使用铁焦新型炉料将改变炉内的还原机制，降低高炉热空区温度，加快铁氧化物还原，降低能量消耗和CO2 排放。JFE公司于2011年成功开发铁焦技术，在京滨厂中型高炉，代替10%焦炭（中试规模，铁焦日产30 t），经过多次连续使用后，取得炉况正常、焦比下降的显著效果。2013年，在千叶厂5153m3的高炉上进行了试验，铁焦使用量43 kg/t铁，高炉操作稳定，燃料比降低13~15 kg/t 铁。2016年开始正式进入实证研究阶段，在JFE西日本制铁所福山地区建设一座日产能为300 t的实证设备，目的是扩大生产规模、确立可长期应用的操作技术等。计划到2030年左右以1500 t/d的产能规模投入实际应用。届时，铁焦将成为日本钢铁业的主要减排技术之一。

欧洲ULCOS 项目在低碳高炉炼铁新技术方面，研究了炉顶煤气循环工艺（TGR-BF）[14]。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CO2分离、捕集和储存；三是使用回收的CO循环作为还原剂，减少焦炭用量。试验结果表明，TGR-BF技术在试验高炉上易于操作，安全性好，效率高，稳定性强。其中，将脱CO2后的部分炉顶煤气加热到1200℃后与氧气和煤粉混合通过炉缸风口喷吹入炉内，同时将脱CO2后的炉顶煤气加热到900℃后从炉身适当位置喷吹的方案减排效果最佳，可降低26%的CO2排放，被选为下一步工业规模高炉试验的首选方案。

另外，蒂森克虏伯集团与液化空气公司合作，计划到2050年投资100亿欧元，开展“以氢代煤”高炉冶炼项目[15]。2018年11月11日，蒂森克虏伯正式将氢气通过一个风口注入杜伊斯堡9号高炉，进行氢炼铁试验，标志着该项目一系列测试的开端。若进展顺利，蒂森克虏伯计划逐步将氢气使用范围扩展到该高炉全部28个风口。此外，蒂森克虏伯还计划从2022年开始，该地区其他三座高炉都将使用氢气代替煤进行冶炼，从而降低钢铁生产的CO2 排放，降幅可高达20%。此外，液化空气公司将通过其位于莱茵-鲁尔区全长200 km的管道确保稳定的氢气供应。 本文@内/容/来/自:中-国-碳^排-放-交易&*网-tan pai fang . com