本報(bào)記者 朱曉波

　　低碳冶金技術(shù)

　　當(dāng)前，我國(guó)煉鋼企業(yè)中，高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程煉鋼仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。一般而言，傳統(tǒng)高爐工藝生產(chǎn)1噸生鐵需要消耗350千克焦炭和150千克煤粉。由于化石能源的使用，造成煉鐵、煉鋼過程中二氧化碳和一氧化碳大量排放。因此，低碳冶金技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)鋼鐵行業(yè)碳減排的重要抓手。

　　目前，被認(rèn)為比較有前景的低碳冶金項(xiàng)目包括日本COURSE50計(jì)劃、瑞典SSAB公司突破性氫能煉鐵技術(shù)（HYBRIT）項(xiàng)目、歐洲超低二氧化碳排放煉鋼工藝ULCOS項(xiàng)目、德國(guó)Car-bon2Chem項(xiàng)目等以低碳煉鐵為核心，探索低碳煉鐵工業(yè)化的路徑，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、高效綠色發(fā)展。

　　日本COURSE50項(xiàng)目圍繞高爐碳減排，開發(fā)了部分使用氫代替焦炭作為還原劑的氫還原煉鐵法，并預(yù)期通過該技術(shù)研發(fā)應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)的碳減排目標(biāo)為10%。利用2015年在新日鐵住金君津廠建成的小型試驗(yàn)高爐，進(jìn)行高爐煤氣改質(zhì)富氫焦和高爐風(fēng)口噴吹試驗(yàn)，隨后進(jìn)行了爐體拆解研究，確認(rèn)部分使用氫作為還原劑的氫還原煉鐵法，可使二氧化碳排放值接近期望的減排目標(biāo)。

　　歐洲ULCOS項(xiàng)目在低碳高爐煉鐵技術(shù)方面，研究了爐頂煤氣循環(huán)工藝（TGR-BF）。該工藝有3個(gè)主要特點(diǎn)：一是使用純氧代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)熱空氣（即全氧噴吹）；二是二氧化碳分離、捕集和儲(chǔ)存；三是使用回收的一氧化碳循環(huán)作為還原劑，減少焦炭使用量。試驗(yàn)結(jié)果表明，TGR-BF工藝具有易于操作、安全性好、效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。其中，將脫離二氧化碳后的部分爐頂煤氣加熱到1200攝氏度，氧氣和煤粉混合通過爐缸風(fēng)口噴吹入爐內(nèi)，同時(shí)將脫離二氧化碳后的爐頂煤氣加熱到900攝氏度，從爐身適當(dāng)位置噴吹的減排效果最佳，可降低26%的二氧化碳排放，被確定為下一步工業(yè)規(guī)模高爐試驗(yàn)的首選方案。

　　基于ULCOS項(xiàng)目，HYBRIT項(xiàng)目將研究采用氫的直接還原工藝，而氫則是利用非化石能源產(chǎn)生的。氫與球團(tuán)礦發(fā)生反應(yīng)，生成直接還原鐵（DRI），將直接還原鐵與廢鋼一起裝入電爐，或者制成熱壓塊鐵儲(chǔ)存或出售。HYBRIT項(xiàng)目的核心是提升技術(shù)、降低成本，使氫氣冶煉鋼鐵在經(jīng)濟(jì)上與傳統(tǒng)焦炭煉鐵相比有競(jìng)爭(zhēng)力。焦炭和氫氣都可作為還原劑去除鐵礦石中的雜質(zhì)。傳統(tǒng)冶煉鋼鐵工藝中二氧化碳排放占全行業(yè)90%，比如使用氫氣替代焦炭，氫氣將與鐵礦石中的氧氣反應(yīng)生成水蒸氣，實(shí)現(xiàn)碳的零排放。

　　與上述各項(xiàng)技術(shù)減少碳排放不同，Car-bon2Chem項(xiàng)目是利用鋼廠廢氣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、氮和氫等，生產(chǎn)含有碳和氫的合成氣體，再應(yīng)用于生產(chǎn)氨氣、甲醇、聚合物和高級(jí)醇等各種初級(jí)化工產(chǎn)品，替代目前天然氣、煤等化石原料。因此，Car-bon2Chem不僅可轉(zhuǎn)化鋼廠廢氣中的二氧化碳，同時(shí)也節(jié)省了生產(chǎn)此類合成氣體的碳資源使用量。2018年9月份，蒂森克虜伯Car-bon2Chem項(xiàng)目成功地將鋼廠廢氣轉(zhuǎn)化為合成燃料，生產(chǎn)出第一批甲醇。2019年1月份，蒂森克虜伯成功利用鋼廠廢氣生產(chǎn)氨，這在全球范圍內(nèi)尚屬首次。蒂森克虜伯宣布，目前全世界大約有50家鋼廠符合引進(jìn)Car-bon2Chem項(xiàng)目的條件，已開始與各地的意向方建立聯(lián)系，探討將該技術(shù)運(yùn)用于其他二氧化碳密集型行業(yè)。

　　此外，我國(guó)鋼鐵企業(yè)也在積極探索低碳冶金技術(shù)。比如，河鋼集團(tuán)與意大利特諾恩集團(tuán)簽署諒解備忘錄（MOU），商定雙方在氫冶金技術(shù)方面開展深入合作，利用世界最先進(jìn)的制氫和氫還原技術(shù)，并聯(lián)手中冶京誠(chéng)共同研發(fā)、建設(shè)全球首例120萬(wàn)噸規(guī)模的氫冶金示范工程，應(yīng)用于河鋼宣鋼轉(zhuǎn)型升級(jí)項(xiàng)目。京華日鋼控股集團(tuán)有限公司與中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司簽訂了《年產(chǎn)50萬(wàn)噸氫冶金及高端鋼材制造項(xiàng)目合作協(xié)議》。該項(xiàng)目以氫冶金全新工藝-裝備-品種-用戶應(yīng)用為目標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)性、全鏈條的創(chuàng)新開發(fā)，通過現(xiàn)代化工、冶金聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的方式，建設(shè)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的首臺(tái)（套）年產(chǎn)50萬(wàn)噸氫冶金及高端鋼材制造產(chǎn)線。中國(guó)寶武、中核集團(tuán)和清華大學(xué)三方啟動(dòng)了共同研究核能技術(shù)與冶金制造技術(shù)如何協(xié)同以及創(chuàng)新技術(shù)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的可行性工作。與傳統(tǒng)的鐵燒焦工藝相比，煤基氫冶金工藝具有流程短、監(jiān)控點(diǎn)少、水循環(huán)及水處理設(shè)施規(guī)模小，煙氣排放次數(shù)少、數(shù)量小的特點(diǎn)，可降低能耗50%以上。

　　碳捕及、利用及封存技術(shù)（CCUS）

　　與低碳冶金技術(shù)不同，碳捕集、利用與封存（Carbon Capture,Utilization and Storage，簡(jiǎn)稱CCUS） 技術(shù)是一項(xiàng)新興的、具有大規(guī)模二氧化碳減排潛力的技術(shù)，即把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存。作為目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的減排技術(shù)，CCUS是我國(guó)實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要組成部分。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，CCUS一直被認(rèn)為是減少化石發(fā)電和工業(yè)過程中二氧化碳排放的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)政府部門明確提出，開展CCUS試點(diǎn)項(xiàng)目的行業(yè)涉及火電、煤化工、水泥和鋼鐵行業(yè)。

　　CCUS是鋼鐵、水泥等難以減排行業(yè)深度脫碳的可行性技術(shù)方案。國(guó)際能源署發(fā)布2020年鋼鐵行業(yè)技術(shù)路線圖，預(yù)計(jì)到2050年，鋼鐵行業(yè)通過采取工藝改進(jìn)、效率提升、能源和原料替代等常規(guī)減排方案后，仍然剩余34%的碳排放量，即使氫能直接還原鐵技術(shù)取得重大突破，剩余碳排放量也超過8%。水泥行業(yè)通過采取其他常規(guī)減排方案后，仍剩余48%的碳排放量。2019年，能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)與落基山研究所聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告《中國(guó)2050：一個(gè)全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化國(guó)家的零碳圖景》假設(shè)，中國(guó)鋼鐵行業(yè)到2050年預(yù)計(jì)產(chǎn)量為4.75億噸，即使考慮了其他各項(xiàng)減排措施后，要實(shí)現(xiàn)凈零排放，還有0.5億～2.1億噸二氧化碳需要通過CCUS進(jìn)行減排。

　　有研究表明，CCUS技術(shù)在電力系統(tǒng)、工業(yè)部門的應(yīng)用及其負(fù)排放具有潛力，預(yù)計(jì)到2050年，CCUS技術(shù)可提供減排貢獻(xiàn)為11億～27億噸二氧化碳。特別是發(fā)達(dá)國(guó)家日益重視CCUS技術(shù)的規(guī)劃與應(yīng)用，比如美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、加拿大等國(guó)家不僅將CCUS視為推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化的重大減排技術(shù)，更瞄準(zhǔn)該技術(shù)未來(lái)可觀的市場(chǎng)效益。

　　同樣，我國(guó)對(duì)CCUS技術(shù)的研發(fā)和示范給予了積極的關(guān)注?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006-2020年)》《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化科技專項(xiàng)行動(dòng)》《國(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》等科技政策文件中均明確提出，要將CCUS技術(shù)開發(fā)作為控制溫室氣體排放和減緩氣候變化的重要任務(wù)。

　　在CCUS技術(shù)研發(fā)、示范與產(chǎn)業(yè)化方面，我國(guó)政府相繼支持了高校、科研院所與大型電力、石油和煤炭企業(yè)CCUS技術(shù)的研發(fā)，為CCUS技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)，包括開展了10萬(wàn)噸/年二氧化碳捕集、運(yùn)輸與咸水層封存的全流程示范工程，在二氧化碳利用的多個(gè)領(lǐng)域均開展了大量的研發(fā)與示范。現(xiàn)已初步形成了具有中國(guó)特色的CCUS技術(shù)發(fā)展路線和二氧化碳資源化利用技術(shù)體系。目前，我國(guó)尚沒有超過100萬(wàn)噸/年的大規(guī)模全流程示范項(xiàng)目，而且短期內(nèi)CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作仍面臨成本高、部分關(guān)鍵技術(shù)不成熟、配套基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)政策缺失的困難。