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1、国际钢铁业CO2减排及环保新技术研究与对策目录概论21.欧盟超低CO2排放钢铁技术（简称：ULCOS项目）研发 321.1 ULCOS项目研究背景31.2 ULCOS项目研究进程与内容 431.2.1高炉炉顶煤气循环技术51.2.2新熔融还原工艺71.2.3先进的直接还原工艺91.2.4电解铁矿石技术 102 碳捕集与储存技术（CCS） 102.1碳捕集与储存技术（CCS）内容 112.2碳捕集与储存技术现状 112.3中国碳捕集示范项目 123.日本钢铁业重大研究课题 1 2133.1环保研究课题 COURSE501 2133.2氢作为铁矿石还原剂的有效利用143.3开发C02分离回收技术1
2、44 国际钢协开发钢铁C02排放量和单耗计算方法及国际标准化 15164.1项目开发背景、必要性及最终目标 .15164.2数据收集164.3数据收集系统16164.4收集方法4.5钢铁C02排放量和单耗计算方法的ISO标准化进展动向 175 国外钢铁企业 C02减排技术对策 17185.1欧盟（德国、法国、北欧） 1 7185.1.1德国蒂森错误！未定义书签。195.2日本 （新日铁、JFE、住友）1 9205.2.1新日铁公司环保管理体系错误！未定义书签。215.3韩国（浦项）21245.4美国（钢铁工业协会AISI） 2224概论目前，在全球范围内钢铁业进行着多项 C02减排及环保新技术
3、课题研究，包 括国际钢协2003年开始推进的减排C02突破计划，目的是对有助于减排C02相关 的先进技术进行中长期开发。在欧洲,欧盟正在对ULC0S即超低C02排放钢铁技术课题进行持续研究。目 标是减排C02 50%，主要进行从高炉煤气中分离出C02,然后再循环利用煤气等 低碳式钢铁制造和熔融还原等课题研究。 ULC0S是欧盟15国的48家机构组织参 与的一项大课题。在日本,2008年钢铁工业启动了新的国家项目“C0URSE5O项目（C02Ultimate Reduct ion in the Steelmak ing Process by Inno vative Tech no logies
4、for Cool Earth 50）。该项目利用创新性技术最大限度地减排冶炼过程中排放的二氧化碳。日本COURSE50课题与欧盟ULCOS课题之间进行有关从高炉煤气分离回收CO2 的技术交流。本课题开展了 “国际钢铁业CQ减排及环保新技术研究与对策”的调研与综 述，旨在通过对节能减排前沿技术的追踪调研， 为首钢节能减排技术发展与规划 提供借鉴，同时对促进首钢CO2减排及环保技术研究起到指导作用。1.欧盟超低CO2排放钢铁技术（简称： ULCOS项目）研发欧盟是由已完成工业化的发达国家组成，其经济发展的核心已从仅关注经济 增长转为经济增长与人类可持续发展并重，欧盟是最早关注气候变化和CO2碳减排
5、的。碳税、碳贸易、低碳经济等新的理念均由欧盟提出并开始初步实施。钢铁 行业低碳研究主要集中在寻找显著降低 CO2排放的突破性方案方面。为此，2004年欧洲钢铁技术论坛指导委员会决定实施超低 C02排放钢铁技术 项目（ULCOS）。经过多轮选择，从80种钢铁工艺中选择了 4种突破性的工艺进 行进一步的研究。1.1 ULCOS项目研究背景：能源节约已达极限在过去几十年中，欧盟15国的高炉通过改善系统技术，已经大幅度降低了单 位铁水的碳消耗（如图1）。根据目前的技术条件，在铁矿石冶炼生产过程中进 一步降低二氧化碳排放的技术已经接近极限，最好的欧洲钢铁厂已达到技术上的 极限，只有真正的技术突破才能将
6、CO2排放量进一步减少。 1 * 1 I 1 1 1 1 I! 1 I I I I I I I i I I I T-T-R-r p- r-F r p * p - rS5 bO 65 W 75 KI 95%5200(图1欧盟高炉炼铁工艺的燃料消耗为突破这个瓶颈，就需要用一项全新的技术理念取代传统高炉炼铁工艺ULCOS项目所进行的研究正是在鉴别全新技术潜力方面展开的研究1.2 ULCOS项目研究进程及内容2004年欧洲钢铁业者在国际钢铁协会的协调下，由安赛乐米塔尔公司牵头实 施超低碳CO2排放钢铁项目的研发。ULCOS作为一项研究与技术开发项目，旨在 开发突破性的钢铁工艺，达到CO2减排的目标。该
7、项目的目标是使由目前最先进工艺生产的吨钢 CO2的排放减少50%。该项 目主要研究的是钢铁生产工序（从炼铁开始）的相关环保技术。ULCOS的研究包括了从基础性工艺的评估到可行性的研究实验，最终实现商业化运作。它要从 所有可能减排二氧化碳的潜在技术中进行分析，以成本和技术可行性为基础，选择出最有前景的技术，并对其工业化示范性水平进行评估， 最后实现大规模工业 化应用。这个项目分三个阶段实施（见图2）。0研兀阶段试膛阶段示范阶段应用阶段The ULCOS Programme ulcq$ i ulcos H图2 ULCOS项目研发进度表经过多轮选择，从80种钢铁工艺中选择了 4种突破性的工艺进入下一
8、步研究这些技术具备长期将CO2排放量降低一半或更多的可能性。它们分别是：高炉炉顶煤气循环利用技术新熔融还原工艺先进的直接还原工艺电解铁矿石技术现阶段，ULCOS项目研究的重点是高炉炉顶煤气循环技术。1.2.1高炉炉顶煤气循环技术以矿石为原料的高炉长流程炼钢吨钢二氧化碳排放量要明显高于电炉短流 程工艺，因此降低碳排放的主要关注点就落在了高炉炼铁方面。现阶段ULCOS项目研究的重点课题是高炉炉顶煤气循环技术 一一新型无氮 气高炉技术（TGR-BF）。图3高炉炉顶煤气循环原理高炉煤气循环的基本原理如图3所示。把高炉煤气分成CO2富集煤气和CO富集煤气。CO富集煤气循环回到高炉内作还原剂使用，可减少高
9、炉炼铁所需的焦炭量（即降低焦比）。CO2富集煤气则经过一次、二次除尘净化和压缩后，送入#C02管网或存储器。另外，往高炉内吹氧替代预热空气的想法是基于从煤气中分 离出不需要的N2，这样可避免N2在循环过程中的富集，同时有利于煤气中 C02的捕集新高炉将采用炉顶煤气循环技术。在采用该技术的过程中，为防止高温下由 于直接还原发展导致碳消耗量增加的现象， 铁矿的还原全部由上部交换装置的煤 气来完成（温度低于900C）。为了使铁矿石充分还原，要把大量的还原气体喷 进炉体下部。脱碳后大量的一氧化碳和氢气聚积在炉顶，在加热到900C后，喷进高炉炉体下部。循环的煤气量必须是一定的，风口用冷态的氧气和循环煤气
10、代 替空气，促进燃烧。高炉所需的热量可以通过煤的燃烧提供， 也可以通过等离子 加热器来加热；如果使用等离子，就不再需要额外的氧气或煤。传统高炉与新高 炉的对比如图4所示。轶矿石_厂*啬林第于誉电#为验证上述想法，在瑞典冶金研究所（MEFOS）的模拟试验高炉附近建立 了气体分离设备。在模拟试验高炉上，安装相应设备以实现100%。2的喷吹与CO的循环喷吹。2007年完成改造高炉与煤气分离设备结合的测试。2009年用模拟高 炉进行了深入测试。高炉炉顶煤气循环技术（TGR-BF）将在安赛乐米塔尔Eisenhuttenstad钢厂 产能为70万t/a的高炉试用，主要研究炉顶煤气循环工艺及闭环操作的可行性
11、。目前，该高炉的二氧化碳排放量为吨铁1.3t。采用新技术后，二氧化碳排放量将下 降28%，减至940kg。项目第二阶段的中试将在安赛乐米塔尔公司 Florange钢厂较 大高炉上进行。一旦用于第一阶段中试总计1.25亿欧元的资金到位，将在德国Eise nhvtte nstad钢厂安装试验设备。包括在法国 Flora nge钢厂的第二阶段试验， 整个项目投资高达5.05.5亿欧元。预计后续资金将来自欧洲有关国家的政府、 欧洲投资银行和ULCOS项目财团。如果与CO2捕集与封存技术相结合，那么高炉炉顶煤气循环技术有望使钢铁 联合企业的CO2排放减少50%。1.2.2新熔融还原工艺新熔融还原工艺（见
12、图5）直接用精矿粉和煤冶炼，去除了烧结和焦化工序。 精矿粉在熔融旋涡熔炼炉中预热并熔化，最终在液态炉渣与金属熔池中与喷吹的 煤和O2发生反应。整个工艺过程的热量都是直接关联，从而避免了原料与工业废 气的中间处理过程导致能量损失。#与传统高炉工艺相比，新熔融还原工艺可大大减少煤的消耗，相应地减少 C02的产生量。新熔融还原工艺实现了几乎所有煤气的利用，因为该工艺是全氧 的，炉顶煤气中没有氮气，因此，该工艺炉顶煤气在 C02储存前只需经过简单处 理。欧洲主要钢铁生产商联盟ULCOS与力拓集团公司宣布，协作实施新熔融还 原工艺项目计划。力拓集团的参与方式是通过授权 Hlsmelt直接冶炼技术，该技术
13、自20世纪80 年代起开始研发。第一家采用Hlsmelt技术的工厂是澳大利亚Kwinana厂，目前正 在进行改造。Hlsmelt冶炼炉将使用煤和富氧空气，并结合流化床预热铁矿石生 产铁水。新的项目旨在开发出一种新的炼铁工艺， 目的就是试图将新熔融还原工艺与 Hlsmelt技术一体化，将新熔融还原工艺的熔融旋涡熔炼炉和Hlsmelt熔融炉相结合，并伴随喷吹纯氧。该项目将被重新命名为“Hlsarna：以反映两种概念的合并。熔融漩涡熔炼技术最初由康力斯公司（ULCOS会员）提出，多年来一直进 行开发研究。 在20世纪90年代一系列大规模中试厂的试验， 成功地验证了这一技 术的可操作性。Hlsarna
14、炼铁新技术联合应用反应炉中煤预热和部分高温分解技术、矿粉旋 涡熔融技术、以及矿粉还原生成铁水的熔融炉技术。与传统的高炉炼铁不同， 该技术采用预热煤替代焦炭。 煤在一个密闭的双螺 旋反应器中预热，不向大气中散发有害气体。 煤在双螺旋反应器中转化成热炭后， 热装入炼铁反应炉。 铁矿粉加入到炼铁反应炉中， 同时用氧枪吹氧， 使炉内形成 旋涡气流。铁矿粉在炼铁反应炉中发生还原反应生成铁水。与传统的煤基炼铁过程相比， 开发的工艺过程紧凑且高效。 该工艺过程降低 C02排放量，同时使用纯氧促进了 C02的捕获与储存。此外，该工艺技术还拥有 其他特点，如结构紧凑、投资成本低、直接利用铁矿粉以及较便宜的非冶金
15、煤等。近期，在德国V?lklingen的Saarstahl （ULCOS会员）建造一个年产 65000铁 水的试验厂，并于2010年初开始投产，计划进行为期3年的试验测试。在适当的 时候扩大工业生产规模，并向全球推广。1.2.3先进的直接还原工艺这项技术的研发目标是优化还原气体以使 CO2的排放量达到最小化。还原气 体是天然气或来自煤或生物质气化产生的合成气体。新概念是通过天然气的部分 氧化替代传统热交换器与在煤气净化处理过程中回收利用炉顶煤气和热DRI的余热，使天然气耗量减到最小。部分氧化产物被送入一个反应器以转换煤气成分， 如下列反应式：CO+H2Of CO2+H2之后进入CO2洗涤净化阶段。用这种方式，可单独收集所有的 CO2。在地质封存前，需将CO2充分净化。先进的直接还原工艺的流程图见图 6124电解铁矿石技术铁矿石的电解是目前ULCOS项目研究的技术中最具突破性的工艺。该工艺仅用电能就可将铁矿石转化为金属和氧气。如果核能、氢能或其他新能源可实现 低碳发电，则电解工艺就有可能从根本上降低 CO2排放。铁氧化物电解的唯一副 产物就是氧气，因此，在工业上也可用于
