环境和谐型炼铁工艺技术开发培训课程

环境和谐型炼铁工艺技术开发——日本C0URSE50
1 C0URSE50 概要
日本钢铁工业的能源效率达到世界最高水平，为防止地
球变暖，减排CO?做出了专门大贡献。

今后，要在全球范围进一步减排C02,关键是技术开发。

从长远看，革新性的技术开发是全然对策。

2007年5月，日本前首相安倍晋三发表了“漂亮星球
50(Cool Earth50) ”打算，在该打算中提出了开发节能技术,使环境爱护和经济进展并举。

“创新的炼铁工艺技术开发(C0URSE50) ”确实是为实现这一目标的革新性技术之一。

C0URSE50(C02 Ultimate Reduction in Steelmaking process by innovative technology for cool Earch 50)是通过抑制C02排放以及分离、回收C02,将C02排放量减少约30%的技术。

2030年将确立此项技术，2050年实现应用及普及。

该项技术开发的第一步(2008〜2012财年)要紧是应征新能源产业技术开发机构(NED0)的研究开发打算。

该机构的“环境和谐型炼铁工艺技术开发”已正式通过。

C0URSE50——开拓新的以后，新一代炼铁法的开发终于
启动了。

COURSE50流程示意图见图1。

规在的烁扶工艺
图1 COURSE50流程示意图
2 减排CO?技术
用氢作还原剂还原铁矿石，产生比0,减少C02的排放量。

氢作还原剂炼铁工艺示意图见图2o
用氢作还康剂的炼帙工艺 1帙犷石*c -了 p>3c02+：H20>实现Mif cch
图2氢作还原剂炼铁工艺示意图
2. 1
氢还原机理萃评COj 优
术 分埶SJ 收COjtt*
一般情况下，假如用co气体还原铁矿石，就会产生C（）
2。

而用氢作还原剂的炼铁法只产生H2O,因此，能够讲是特不有利
于环保的炼铁法。

两种还原方法对比见图3。

图3两种还原方法对比
2. 2氢还原的特点
传统的高炉炼铁法是利用CO气体作还原剂，去除铁矿
石中的氧（还原）。

CO气体的分子大，因此，难以渗透到铁矿石内部。

H2
气体的分子微小，能够专门容易渗透到铁矿石内部，其渗透速度约是CO气体的5倍。

因此，高炉使用IL作还原剂能够实现快速还原。

氢还原特点见图4。

现在，世界上有使用天然气的直接还原炼铁法（由铁矿
石直接还原成固体铁的方法）。

然而，缺乏天然气的日本不能采
纳这种直接还原炼铁法，而且，也专门难制取廉价的氏，因此, 目前高炉炼铁法中还没有采纳IL还原技术。

3分离、回收C02技术
3. 1化学汲取法的开发
化学汲取法是在汲取塔让氨等碱性水溶液（汲取液）和
含CO?气体接触，选择性地将C02汲取在汲取液里后，用再生塔 加热汲取液，分离、回收高纯度的C02的技术。

化学汲取法流程 化学汲取法适用于从常压气体中分离、回收大量的C02o 然 而，应用
于炼铁工艺依旧开发的初始时期，必须解决几个问题。

因此，在C0URSE50打算中将30t C02 / d 规模的工艺评价设备纳 入
实际炼铁工艺，致力于以下技术开发昇30 t CO 2/d 评价设备
（1）减少能耗（开发新汲取液，有效利用由炼铁工艺中获得的能图5化学吸收法流程图
d 试验装置见图
图见图。

CO 气体
C6气体
发生化学艮应的界直
图4氢还原特点 H 30气体
〜细水恭气
吸牧垛 再主塔
和 It C02 图6 30t CO ?/d 评价设备
6 和图
7 o
囹7 11 COJd 试唸装
*);
(2)定量化分离、回收C02技术对炼铁工艺阻碍。

3. 2运用实验方法和计算方法开发新汲取液
充分运用量子化学、统计数据处理等计算方法和实验方
法，致力于新汲取液的开发。

同传统汲取液相比，该汲取液可大 幅度降低分离、回收C02所需的能量，是高性能化学汲取液。

新 汲取液开发步骤见图8。

3. 3物理吸附技术的开发
物理吸附法是通过在流体分子和吸附剂表面之间工作
的范德瓦尔斯力选择性地将C02吸附在吸附剂里，采纳减压操作, 高纯度、高回收率分离、回收吸附的C02的技术。

物理吸附法系统简易，低能耗就可分离、回收C02o 该 项技
术应用于从高炉煤气中分离、回收C02及大规模的煤气处理, 这在目本也是初次尝试。

在C0URSE50打算中将3t C02 / d 规模的评价设备纳入
实际炼铁工艺，进行工艺开发。

同时进行比该项技术能耗更低的, 规模化技术的开发。

物理吸附法示意图见图9。

①来用计算化学设计新驭枚液
②新吸收液合成 ③黔吸收液性能评价
回收气体
图9物理吸附法示意图
4支持C0URSE50的技术
4. 1焦炭改良
使用氢还原，降低髙炉焦炭使用量，有望减少C02排放
量。

另一方面，在焦炭用量减少的情况下，仍能维持铁矿石还原 及应所需的炉内透气性，就需要高强度焦炭。

由于氢还原时的吸热反应，高炉内温度降低，需要能够 与
之对应的高反应性焦炭。

新开发的髙性能粘结剂具有髙软化熔 融性和膨胀性，将焦炭用配煤颗粒间的空隙填满压实，有提高焦 炭强度的效果。

利用这种效果，能够提高往常不能使用的高反应 性煤的配煤量，能够制造具有高强度和高反应性两种特性的焦炭, 见图10o
4. 2提高焦炉煤气的氢含量
•开发的必要性
焦炭用配煤高性能粘结剂
配合离性能粘结剂
煤颖粒熔融、固化 制造高强度高反应性蕉茨 雯10用高性能羅结贰，生产能对应炉内环境变化的高强度、高反应性的焦炭
从外部采购高炉还原铁矿石使用的氢时，在制造氢的场所会产生C02；
•现状
钢铁厂生产焦炭时产生的焦炉煤气中含有50%以上的氢，目前是作为钢铁厂内的燃料煤气有效利用；
•未利用能的开发利用
开发利用钢铁厂未利用的能，通过改质焦炉煤气中的焦油来提高氢含量，并与焦炉煤气中的CO同时喷入高炉，就能够降低高炉焦比；
•新技术开发
在COURSE50打算中，将开发促进焦炉煤气中焦油改质
的催化剂；
•高炉喷吹改质焦炉煤气（比60%）。

高炉是从炉顶装入铁矿石，从炉子下部吹入还原气体。

在铁矿石从炉顶下降的过程中，通过还原反应生产出铁水。

在这次技术中，将改质焦炭干馆过程中发生的富氢煤气（焦炉煤气），进一步提髙心含量。

然后，将这种气体从高炉下部或中部喷吹到高炉中。

通过此项技术，实现比传统高炉炼铁法高速、高效率减少CO?排放量的炼铁法。

焦炉煤气改质示意图见图11。

图门焦炉煤气改质示意图
4. 3开发利用未利用的余热
日本的钢铁厂已将炼铁工艺中产生的大部分余热作为
蒸汽和电力回收利用。

在这些世界最尖端的能源利用技术和节能 技术的基础上，致力于新技术的开发，将传统技术中不能对应的 未利用的余热有效用于分离、回收CO?。

钢铁厂余热回收现状见 图12o
•将钢铁厂余热有效用于分离、回收C02
为了分离、回收处理高炉煤气中的C02,需要新的蒸汽 和
电力等。

假如从外部采购这些能源，生产这些能源又会产生 C02o 因此，本开发中将研究目前技术上或经济上仍专门难利用 的钢铁厂未被利用的余热，积极开发利用这部分能源。

具体目标是在下列技术开发中有所突破：
(1)炉渣显热回收技术开发
在化学汲取法中，作为从汲取液中分离出C02的热能，
回收、供给钢铁厂内未利用的高温余热是有效的。

(耳
<28%) j 技术开发理目 催化剂改质工艺
•
辛
CH< (18%) . •. - - ■ • < co <$%>
(6叫〉 喷入
高炉
改质焦炉煤气
因此，在由1200〜1600°C高温熔融：状态钢渣制造渣制品的过程中，进行回收钢渣显热的技术开发。

开发的关键点是提高余热回收效率的炉渣冷却方法和形状操纵等。

炉渣显热回收示意图见图13o
(2)低温余热发电技术开发
进行从余热中回收、供给分离、回收CO2所用的电能的技术开发。

世界上已有回收100%：左右余热的低温余热发电的实施例，见图14。

然而，在设备成本、余热回收效率方面还存在问题，仍没有达到普及的程度。

通过技术开发解决以下问题:
•通过探究低热发电系统的低沸点媒介物, 来提高余热回收效率；
降低发电设备的成本及体积的技术开发。

图13炉渣显热回收示意图
图14低温余热发电系统例
（3）PCM （潜热蓄热材）的利用
在化学汲取法中，未利用的中低温余热作为从汲取液中 分
离出C02的热能有效利用。

将这些中低温余热高效回收（蓄热）、 运输、释放（放热）的方法，可能开发利用潜热蓄热材技术。

PCM 蓄热介质利用熔化、凝固潜热，是能够高密度蓄热 的物质。

.在用车辆等运输收纳在绝热容器中的PCM 过程中，热 损失少。

将陆续形状控制辐薄片状渣 高温空气
炉渣制品
转炉
发电机
蒸发器
■M 泵
•电力
发生的余热和其它场所一点一点发生的余热积蓄收集在PcM蓄热介质中，有望作为分离、回收C02的能源利用，见图15o
在COURSE50打算中，可能进行扩大利用温度范围（高温）的高输出功率直接热交换潜热蓄热、输送技术的开发。

（4）热泵的利用
为了将中低温余热作为化学汲取法所需的热源有效利用，可能进行热泵利用技术开发。

热泵是由能量（动力、热）作甩，产生出温度差的装置。

升温幅度小的情况也可期待高效率，因此，要紧用于由高温排水制取低压蒸汽等。

热驱动热泵将余热本身的温度和环境温度差作为驱动力工作，不用从外部投入能量，就可制取髙温热源。

尽管现在有许多采纳例，但对目前没有利用方法的低温余热，假如使用热驱动热泵，可期待将其一部分能量用于分离、回收C02,见图16o
⑶PCM（潜热蓄热材）的利用
在化学汲取法中，未利用的中低温余热作为从汲取液中分离出C02的热能有效利用。

将这些中低温余热高效回收（蓄热）、运输、释放（放热）的方法，可能开发利用潜热蓄热材技术。

PCM蓄热介质利用熔化、凝固潜热，是能够高密度蓄热的物质。

.在用车辆等运输收纳在绝热容器中的PCM过程中，热损失少。

将陆续发生的余热和其它场所一点一点发生的余热积蓄收集在PcM蓄热介质中，有望作为分离、回收C02的能源利用，见图15o
在C0URSE50打算中，可能进行扩大利用温度范围（高温）的高输出功率直接热交换潜热蓄热、输送技术的开发。

（4）热泵的利用
为了将中低温余热作为化学汲取法所需的热源有效利用，可能进行热泵利用技术开发。

热泵是由能量（动力、热）作甩，产生出温度差的装置。

升温幅度小的情况也可期待高效率，因此，要紧用于由高温排水制取低压蒸汽等。

热驱动热泵将余热本身的温度和环境温度差作为驱动力工作，不用从外部投入能量，就可制取高温热源。

尽管现在有许多采纳例，但对目前没有利用方法的低温余热，假如使用热驱动热泵，可期待将其一部分能量用于分离、回收CO?,见图16o
⑶PCM（潜热蓄热材）的利用
在化学汲取法中，未利用的中低温余热作为从汲取液中分离出CO?的热能有效利用。

将这些中低温余热高效回收（蓄热）、运输、释放（放热）的方法，可能开发利用潜热蓄热材技术。

PCM蓄热介质利用熔化、凝固潜热，是能够高密度蓄热的物质。

.在用车辆等运输收纳在绝热容器中的PCM过程中，热损失少。

将陆续发生的余热和其它场所一点一点发生的余热积蓄收集在PcM蓄热介质中，有望作为分离、回收CO?的能源利用，见图15o。