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日本钢铁业怎么应对气候变暖?

本报记者 王志

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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。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最大限度地推广到全世界。在这种情景下,国际能源署发布的《2014能源技术展望》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”为基础,推动超革新技术如氢还原炼铁、CCS、CCU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, 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、吸热反应过程所需氢气、将铁水加热到1600℃所需氢气,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。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。 《中国冶金报》

9月21日消息,神户制钢和欧洲阿塞洛尔·米塔尔集团宣布,将通过氢能代替煤炭,共同开发可减少二氧化碳(CO2)排放量的炼铁技术。神户制钢将与米塔尔在德国建设实证工场来进行技术合作。目前欧洲各国都在推进开发利用低环境负荷的氢能来炼铁,米塔尔建设的实证工场将成为世界最大规模的氢能炼铁实证工场。

到17日为止,神户制钢100%出资的美国钢铁设备制造企业米德雷克斯与米塔尔达成了协议,米塔尔在德国汉堡市的工场开发使用氢能炼铁法的实证工场,由米德雷克斯公司提供设备和技术,预计将达到年产10万吨的生产能力。

在全球“脱煤碳”潮流的背景下,欧洲各国都在积极开发无碳炼铁法。传统的高炉炼铁是以铁矿石和煤炭获取的焦炭为原料制铁,在还原反应时会产生大量的二氧化碳(CO2),使用天然气代替煤炭还原也会产生一定量的CO2。如果使用氢能的话,可以实现CO2零排放。

日本也在努力推进氢能炼铁法的实用化。日本新能源・产业技术综合开发机构于今年3月在东京召开新闻发布会,发布会主要是公布氢能炼钢研究项目的进展情况。据称,炼钢过程中的二氧化碳排放量占整个日本二氧化碳排放量的13%,2016年日本因钢铁排放的二氧化碳约为1.4亿吨。

NEDO联合5家日本钢铁企业、设备制造企业于2008年开始启动验证测试。在2016年,应用新日铁住金君津制铁所建造的试验用熔炼炉进行了最终阶段的测试。该项目的目标是:在2030年前后实现二氧化碳减排约30%的技术和熔炼炉1号机组的投产使用,并在2050年前实现技术的普及。

据悉,日本钢铁协会推动的低碳工艺技术以COURSE50为基础,以氢气替代部分焦炭的氢还原炼铁技术为主,配合使用碳捕集、存储与利用技术。其中,最关键的工艺技术是氢还原炼铁技术。日本钢铁协会根据以下公式计算氢还原炼铁技术的成本:Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O

日本钢铁协会估算生产1吨生铁需要601标准立方米氢气,补偿吸热反应需要67标准立方米氢气,加热融化到1600摄氏度需要85标准立方米氢气,共计需要753标准立方米氢气,按照75%的热效率计算,产生1吨生铁需要的氢气量为1000标准立方米。到2100年,全球氢气需求量为1.2万亿标准立方米/年。

日本钢铁协会还按照当前的炼焦成本估算出钢铁行业可以接受的氢气成本为7.7美分/标准立方米。

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