中國冶金報(bào) 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 楊悅 報(bào)道
特約通訊員 藍(lán)義高 攝影
“對比來看，雖然基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程閉環(huán)脫碳技術(shù)與生物質(zhì)制氫等工藝的成本差不多，但是二氧化碳排放水平更低?！?/div>
“廢鋼主要用于電爐工藝流程，而電爐工藝流程會帶來高氮的問題。如何在這一過程中把氮的含量降下來？與之相關(guān)的基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)有待鋼鐵行業(yè)突破?！?/div>
“基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程中的閉環(huán)脫碳技術(shù)是一項(xiàng)非常新的技術(shù)，有潛力克服鋼鐵行業(yè)推進(jìn)低碳綠色轉(zhuǎn)型面臨的一系列挑戰(zhàn)。”
……
10月份的上海，清冽的空氣里涌動著人潮擁擠的熱浪。第十二屆中國國際鋼鐵大會暨2023年全球低碳冶金創(chuàng)新論壇于10月15日在中國寶武鋼鐵會博中心舉辦，吸引了眾多行業(yè)專家、學(xué)者。在當(dāng)日下午舉行的“全球低碳冶金技術(shù)進(jìn)展”主題論壇上，北京科技大學(xué)教授、中國工程院院士毛新平，英國伯明翰大學(xué)教授、英國皇家工程學(xué)院院士丁玉龍，中國香港城市大學(xué)教授、加拿大工程學(xué)院院士徐春保，中南大學(xué)教授、中國工程院院士姜濤，圍繞鋼鐵綠色低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)分別做主題報(bào)告，分享了各自在低碳冶金技術(shù)研究方面取得的進(jìn)展，共探鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展新未來。
與會代表現(xiàn)場聆聽在“全球低碳冶金技術(shù)進(jìn)展”主題論壇上的專家發(fā)言
我國鋼鐵原料綠色化面臨挑戰(zhàn)
新減碳技術(shù)研發(fā)需加速
“我國鋼鐵原料綠色化面臨挑戰(zhàn)。首先，我國目前鋼鐵生產(chǎn)原料以原生鐵礦為主，廢鋼占比很低。去年，中國鋼鐵行業(yè)總共消耗了14.3億噸鐵礦石，包括進(jìn)口礦和自產(chǎn)礦，而廢鋼的消耗量僅為2.3億噸。其次，中國鋼鐵工業(yè)主要以長流程為主，主要有燒結(jié)礦和球團(tuán)礦兩種爐料。相比燒結(jié)礦，球團(tuán)礦是一種綠色化的清潔爐料。然而，我國使用燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的比例非常不平衡，在我們煉鐵目前使用的爐料中，燒結(jié)礦占比約為75%，球團(tuán)礦占比不到20%。最后，我國使用的鐵礦石品位比國外低3個(gè)百分點(diǎn)~5個(gè)百分點(diǎn)，從2000年到現(xiàn)在，中國鋼鐵生產(chǎn)平均燒結(jié)礦鐵品位降了兩個(gè)百分點(diǎn)以上。我國鋼鐵工業(yè)在爐料綠色化加工技術(shù)方面還不夠成熟，存在爐料品種單一、燒結(jié)工藝廢氣排放量大、脫硫脫硝副產(chǎn)物量大和難利用等問題。在廢鋼資源利用方面，我國尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈和完善的技術(shù)體系，存在廢鋼回收利用率低、入爐廢鋼品質(zhì)差等問題。”姜濤在做《“雙碳”背景下鋼鐵爐料綠色化問題的思考》主題報(bào)告時(shí)如是表示。
他認(rèn)為，隨著中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，廢鋼資源、氫能、電力等支撐條件逐步完善，能源轉(zhuǎn)型和工藝流程結(jié)構(gòu)調(diào)整是必然趨勢。低碳發(fā)展在一定程度上會加快流程結(jié)構(gòu)的調(diào)整，鋼鐵冶煉爐料的綠色化轉(zhuǎn)型勢在必行。在此背景下，我國鋼鐵工業(yè)目前圍繞提升鐵礦石原料品質(zhì)、研發(fā)先進(jìn)爐料制備加工技術(shù)、建立完整廢鋼加工利用技術(shù)體系等還需多做努力。
“再生鋼鐵原料的高質(zhì)化利用問題值得行業(yè)關(guān)注?！泵缕皆谧觥朵撹F工業(yè)碳中和的思考》主題報(bào)告時(shí)指出，“再生鋼鐵原料就是俗稱的廢鋼。廢鋼一直都在用，為什么今天要把這個(gè)話題提出來？過去，我們習(xí)慣用廢鋼生產(chǎn)一般性產(chǎn)品，對于殘余元素含量等要求不高。針對多余部分殘余元素含量超標(biāo)的情況，我們通常通過配料等方式稀釋后使用。今后，廢鋼將成為鋼鐵行業(yè)的主要原料之一，用量會越來越大。再生鋼鐵原料大量的殘余元素和產(chǎn)品的高質(zhì)量化之間存在矛盾，一系列的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)問題有待進(jìn)一步解決?！?/div>
“鋼鐵工業(yè)有很多方案可以推動實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，包括使用廢鋼、減少鋼鐵需求。實(shí)際上，這兩種方案在實(shí)施上均存在一定挑戰(zhàn)。首先，僅僅依靠使用廢鋼流程減少的碳排放量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠我們實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)所需要減少的碳排放量。其次，全球人口數(shù)量不斷增長，隨之增長的是世界鋼鐵需求。因此，通過減產(chǎn)來減少二氧化碳的排放，可能適合現(xiàn)階段人口呈下降趨勢的國家，但并不適合所有國家。鋼鐵行業(yè)需要采用另一種方案推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型，即研發(fā)應(yīng)用先進(jìn)的減碳新技術(shù)?！倍∮颀?jiān)谧觥痘诙趸荚诰€裂解的煉鐵過程閉環(huán)脫碳》主題報(bào)告時(shí)，也同樣圍繞廢鋼利用問題發(fā)表了看法，并指出行業(yè)急需新的減碳技術(shù)。
他表示：“此次會議上有很多專家提到氫冶金、CCUS（碳捕獲、利用與封存）等技術(shù)。這些技術(shù)目前在經(jīng)濟(jì)上可行性較低，且缺乏適當(dāng)、公平的政策支撐。在此背景下，鋼鐵行業(yè)急需新的減碳技術(shù)。”
碳減排任務(wù)艱巨
不同新減碳技術(shù)各有所長
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，是一場硬仗。據(jù)中國工程院發(fā)布的《中國碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略及路徑》預(yù)測，我國二氧化碳排放將在2027年前后實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，峰值控制在122億噸左右。這意味著我國要在短短三十幾年內(nèi)“中和”掉122億噸的二氧化碳，碳減排任務(wù)異常艱巨。同時(shí)，這也意味著鋼鐵行業(yè)需要更高質(zhì)量的新的減碳技術(shù)。圍繞這一熱點(diǎn)，眾院士聚焦的研究項(xiàng)目各有所長。
“基于二氧化碳在線裂解的煉鐵過程閉環(huán)脫碳技術(shù)是一種新的可用于高爐和直接還原鐵過程大量減少碳排放的技術(shù)。”丁玉龍介紹道，“這一技術(shù)利用雙鈣鈦礦BCNF對二氧化碳進(jìn)行在線裂解，實(shí)現(xiàn)碳的閉路循環(huán)。該技術(shù)具備4個(gè)優(yōu)勢：一是無關(guān)鍵材料、無毒、可循環(huán)使用，二是運(yùn)行溫度適中，三是單次通過轉(zhuǎn)換率高于10% ，四是低成本和低能耗?！?/div>
“氫經(jīng)濟(jì)非常重要。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國的氫氣產(chǎn)量占世界氫氣總產(chǎn)量的1/3，但大部分是來自高污染的煤炭氣化和蒸汽甲烷的重整，這些都不是綠氫。我們熟知的綠氫制取途徑有電解或者利用風(fēng)能、太陽能。實(shí)際上，由生物質(zhì)制取的氫氣可以稱為綠氫。雖然，采用太陽能、風(fēng)能等制取綠氫仍將是未來主要的氫氣制取方式，但是生物質(zhì)制取綠氫也將成為主要方式之一?！毙齑罕Ｔ谧觥渡镔|(zhì)綠氫及其在冶金學(xué)中的應(yīng)用》主題報(bào)告時(shí)表示。
生物質(zhì)用于制氫有何優(yōu)勢？徐春保介紹，一方面，生物質(zhì)是一種來源豐富的無碳燃料，可以替代化石燃料；另一方面，生物質(zhì)資源作為世界第四大資源，資源量僅次于煤炭、石油和天然氣，地球上每年的生物質(zhì)資源總量約為5500億噸，相當(dāng)于目前世界能源消耗總量的10倍～15倍。
“如何耦合生物質(zhì)制氫和氫冶金？”徐春保表示，可以采用生物質(zhì)制氫/富氫合成氣煉鐵。首先，采用上述技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)制氫和鐵礦石還原一體化，能效非常高。其次，氫氣還原反應(yīng)無需加入額外的催化劑，效率很高。相關(guān)研究表明，采用該技術(shù)可以讓鐵的還原率達(dá)到90%。
“鋼鐵原料綠色化的本質(zhì)是提鐵降雜。為順利實(shí)現(xiàn)鋼鐵‘雙碳’目標(biāo)，要全面提升國產(chǎn)礦和進(jìn)口礦的品質(zhì)，為鋼鐵綠色化生產(chǎn)提供原料保障。同時(shí)，我們還要進(jìn)一步提高入爐爐料的綠色化程度，進(jìn)一步創(chuàng)新爐料制備工藝技術(shù)，研發(fā)新的爐料品種，同時(shí)也要積極推動實(shí)現(xiàn)加工過程的低碳化、清潔化?！苯獫硎荆盀榱藵M足上述要求，相關(guān)高校和科研院所還應(yīng)從表界面科學(xué)、礦物學(xué)、氫還原動力學(xué)和反應(yīng)工程學(xué)等多學(xué)科入手開展基礎(chǔ)研究，為我國爐料綠色化新技術(shù)的開發(fā)提供理論支撐。
論壇上，雖然各位院士圍繞低碳冶金技術(shù)分享了不同的新看法、新項(xiàng)目進(jìn)展，但是他們在加強(qiáng)原始創(chuàng)新、推進(jìn)底層和顛覆性減碳技術(shù)突破方面的態(tài)度不謀而合?！半p碳”路上，低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新蹄疾步穩(wěn)。在此基礎(chǔ)上，鋼鐵行業(yè)還需與學(xué)術(shù)界共同努力，從技術(shù)研發(fā)、市場推廣等多方面入手，加速先進(jìn)碳減排技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。
來源：中國冶金報(bào)-中國鋼鐵新聞網(wǎng)
編輯：張雨恬
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