目前生產實踐中煉鐵工藝都是用碳(含CO)將鐵礦石中氧化鐵還原成鐵。高爐煉鐵、直接還原與熔融還原均是以碳作還原劑,所以都產生CO2溫室氣體。因此許多國家研究機構都在研究用其他還原劑(如氫)還原鐵礦石,目前還在研究試驗階段。
1、美國的氫閃速熔煉研究
美國鋼鐵協會和猶他州大學為減少煉鐵過程中CO2排放,進行氫閃速熔煉研究,作為美國鋼鐵協會和美國能源部組織的CO2突破項目研究的一部分,這種生鐵生產方法是在1300℃時將鐵從鐵礦石中分離出來,而且反應時間非常短,其關鍵是利用氫作為燃料和還原劑,也可以是由煤、重油不完全燃燒產生的CO,或是H2與CO的混合氣體,該工藝與高爐煉鐵相比,可使能耗降低38%。該項目近日獲得美國能源部710萬美元的資助。
2、日本的COURSE50技術
日本新能源產業綜合技術開發機構牽頭,神戶、新日鐵、JFE、住友金屬和日新制鋼參加,開發一種利用富氫煤氣作為鐵礦石還原劑,最終可使高爐CO2排放量減少約30%,計劃2030年完成技術確立,2050年達到實用化并普及。實現途徑有兩種方式。一種是改質焦爐煤氣中的焦油來提高焦爐煤氣中的氫含量(目前焦爐煤氣中含有約50%的氫),然后將這種氣體從高爐下部或中部噴吹到高爐中,通過此項技術開發比傳統高爐煉鐵法更高速、高效,而且可以實現減少CO2排放。第二種是開發廉價氫生產技術并用于還原鐵礦石實用技術。
3、韓國浦項制鐵所
浦項制鐵所正在試驗采用氫還原鐵礦石的煉鐵戰略,使用鋼鐵廠回收的焦爐煤氣和Finex尾氣開發混合氫還原工藝,這些氣體將重整為富含氫氣的還原性氣體并注入到Finex流化床中生成熱壓塊或噴入高爐以取代碳,因此相比于傳統高爐能夠減少CO2約20%,但目前該技術還不是特別成熟,不過前景較好。
4、中國研究進展情況
中國寶鋼等單位承擔了“十一五”國家科技支撐計劃項目課題《關于氫冶金的熔融還原煉鐵新工藝》的研究工作。課題自2007年啟動以來,完成了富氫粉礦流化床還原的研究、預還原粉礦的終還原工藝技術研究、型煤技術開發研究、噴煤技術研究和冶金煤氣制造富氫還原技術開發等工作,同時進行了萬噸級工業試驗。總體來講開發的新工藝通過流化床工藝進行粉鐵礦的預還原,充分利用粉礦原料,通過煤粉噴吹工藝利用粉煤原料,通過冶金煤氣制氫工藝實現富氫還原開發了底吹氫的鐵塔熔融還原新工藝。新工藝粉礦利用率為100%,噸鐵耗氫量大于1100m3。
中國科技部下達的“高爐煉鐵CO2減排與利用關鍵技術”內容之一是重點解決富氫焦爐煤氣噴吹高爐,從根源上減少含碳還原劑以減少CO2的產生。鞍鋼作為此項目的主要承擔單位,目前鞍鋼鲅魚圈高爐噴吹焦爐煤氣工程建設已經完畢,正著手在保證系統安全的條件下向高爐噴吹焦爐煤氣,通過試驗逐步達到設計指標要求。