CO2减排

意大利：ENERGIRON技术可选择性地有效脱除CO2
在基于高炉冶炼的联合企业中，始终存在过剩的焦炉煤气、转炉煤气和高炉炉顶煤气，企业通常将这些煤气用于电厂发电。

目前，有些钢铁联合企业使用这些现有的能源气体用于生产直接还原铁（DRI），将其作为金属化炉料加入高炉，从而提高粗钢产量，减少化石燃料单耗。

采用传统的高炉-转炉流程，即使在优化工艺流程的基础上，吨钢CO2排放量也有1.7吨～1.8吨。

而用产自天然气、焦炉煤气和高炉炉顶煤气的DRI（直接还原铁）作为金属化炉料加入高炉或电炉，可显著降低CO2排放量。

ENERGIRON技术（新一代直接还原技术）的特点是采用灵活和无重整过程（ZR）的工艺配置，能够满足当下日益严格的环保要求。

这一工艺流程的废气和废水排放量不仅低，而且易于控制。

该技术与选择性CO2脱除系统的结合，可使CO2排放水平显著降低，而且通过捕获CO2，也为工厂提供了一个额外的收入来源。

通过生产实践发现，在用天然气作还原剂的DR-EAF（直接还原炉-电炉）流程中，基于无重整过程的ENERGIRON工艺生产的高碳DRI，可全部作为电弧炉的原料进行使用。

因此，钢铁联合企业DR-EAF流程使用ENERGIRONZR方案可使超过一半的CO2气体被选择性脱除，这是一个具有巨大潜力的处理CO2的可选方案，可大大减少温室气体的排放量。

综上所述，ENERGIRONZR方案可以灵活使用不同来源的还原性气体（天然气、合成气、焦炉煤气），且无须改变其基本的工艺配置。

显然，就CO2排放而言，BF-BOF（高炉-转炉）和DR-EAF流程之间的本质区别在于使用了性质不同的能源。

即便都是直接还原工艺，不同的工艺之间也存在很大区别：一些直接还原工艺，烟气未经选择性脱除CO2而直接排放，而应用ENERGIRON工艺的直接还原生产厂可以选择性脱除CO2。

这些脱除的CO2可作商业用途或被隔离封存。

据统计，对于使用天然气的ENERGIRON直接还原工厂，每吨DRI约有70千克碳（或250千克的CO2）被选择性脱除。

国外学者认为，不仅要比较BF-BOF和DR-EAF工艺流程的CO2排放量，而且要比较在市场上可行的其他直接还原方案。

从球团工序到钢水产生，ENERGIRON工艺流程的CO2排放总量约为BF-BOF流程的60%，和其他可应用的直接还原技术相比也低10%。

同时，在非选择性CO2排放方面，ENERGIRON工艺方案和BF-BOF流程相比，只有50%的CO2通过烟气排放，并且排放量比其他直接还原技术低30%。

由此可见，在配有ENERGIRON工艺的炼钢流程中非选择性的CO2排放量显著减少。

在节能方面，这项技术现已成为市场上直接还原工艺中生产每吨DRI能耗最低的技术。

通过整合操作压力，不仅整个工艺的能源使用效率被优化，降低了电耗，而且其高还原温度（1050℃以上）还改善了还原反应动力学条件，避免了还原竖炉外部的能源消耗。

更重要的是，得益于ENERGIRON工艺的特点，生产高金属化率、高碳含量的DRI产品（碳以碳化铁形式），可为炼钢过程节约更多的能源。

金属化率＞94%、典型碳质量分数为3.5%的产品从直接还原生产厂通过气动热装系统输送到EAF并加入其中。

这将保留直接还原工艺（约600℃时）固有的能源，与加入冷DRI相比，每吨钢可以降低电耗约130千瓦时，使EAF 通电时间缩短20%。

对于意识到应以减少CO2温室气体排放角度重新定义钢铁工艺的生产者而言，ENERGIRON 技术能在生产DRI的同时获得作为工艺过程副产品的纯CO2。

该技术不需要额外的热能或电能，可以实现可选择性排放CO2的“绿色”直接还原生产。

比较三种炼钢工艺对环境的影响：
- 传统联合炼钢厂，高炉—氧气顶吹转炉（BF-BOF）
- 现代联合炼钢厂，直接还原工艺（基于天然气）—电弧炉（DRP-EAF）。

- 现代联合炼钢厂，直接还原工艺（基于煤气化）—电弧炉（DRP-EAF）。

达涅利和HYL 开发的ENERGIRON 气基直接还原技术是最先进的铁矿石冶炼工艺，此项技术的目标是：
- 通过减少温室气体排放降低对环境的影响，见下文所述。

- 根据当地主要能量来源，利用各种工业气体，如天然气或煤气化产生的合成煤气或焦炉煤气。

- 炼钢产业的特征就是大量使用化石燃料，而化石燃料排放导致全球变暖的温室气体（GHG），给环境造成极大的影响，这些气体主要是CO2。

CO2 的排放量和特点由炼钢厂使用的主要燃料的特性所决定。

- 在传统联合炼钢高炉工艺中，用来还原氧化铁的主要能源是煤。

在现代联合炼钢DRP 直接还原工艺中，用来还原氧化铁的主要能源可以是天然气或煤或任何工业气体。

2.0 —联合炼钢厂的CO2 排放
2.1 —传统联合炼钢厂的CO2 排放
图1. 显示的是传统联合炼钢厂典型的能量平衡
这个套钢厂设备包括：炼焦炉设备、烧结车间、生产铁水（HM）高炉、氧气顶吹转炉（BOF）、钢包炉∕真空脱气设备、生产热轧带卷（HRC）的薄板坯连铸机和带钢热轧机。

能从传统联合炼钢厂中回收的主要气态燃料副产品包括：烧结车间气体（SPG）、炼焦炉设备气体（COG）、鼓风气体（BFG）和氧气顶吹转炉气体（BOFG）。

传统联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。

传统联合钢厂的烟道气排放的CO2 约为2.104 吨CO2/t 钢水（LS）
2.2 —现代联合炼钢厂的CO2 排放
图2. 显示的是是现代联合炼钢厂典型的能量平衡，这些ENERGIRON 直接还原炼钢厂的主要燃料是天然气。

这个工厂包括：球团车间、生产直接还原铁（DRI）的ENERGIRON直接还原炼钢车间（DRP）、电弧炉（EAF）、钢包炉∕真空脱气设备、生产热轧带卷（HRC）的薄板坯连铸机和带钢热轧机。

现代联合炼钢厂中回收的主要气态燃烧副产品包括：球团车间气体（PPG）、直接还原炼钢车间气体（DRPG）、电弧炉气体（EAFG）和钢包炉&真空脱气设备产生气体（LF-VDG）。

现代联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。

基于DRP 天然气现代联合钢厂的烟道气排放的CO2 约为0.812 吨CO2/t 钢水
图3. 显示的是ENERGIRON 天然气基直接还原技术的碳平衡。

图3
当使用天然气作为还原气体时，ENERGIRONDR 工厂的能耗为2.30 Gcal/t DRI。

从图 3可知，这种能量形式输入的碳总量约为140kg C/t DRI，其中20-35KgC/tDRI将进入DRI，105-120kg C/tDRI 转换成了CO2。

不过ENERGIRON 技术能对挑选出的CO2气流进行收集和储存：采用这种方法，在所产生的CO2 总量中，仅有约46% 排向大气层。

2.2 —现代联合炼钢厂的CO2 排放
图4.显示的是现代联合炼钢厂典型能量平衡，这些ENERGIRON直接还原炼钢厂主要用煤气化车间生产的合成煤气。

这个工厂包括：球团车间、煤气化车间、生产直接还原铁（DRI ）的ENERGIRON 直接还原炼钢车（DRP）、电弧炉（EAF）、钢包炉∕真空脱气设备、生产热轧带卷（HRC）的薄板坯连铸机和带钢热轧机。

能从现代联合炼钢厂中回收的气态副产品包括：球团车间气体（PPG）、煤气化间气体（CGG）、直接还原炼钢车间气体（DRPG）、电弧炉气体（EAFG）和钢包炉&真空脱气设备气体（LF-VDG）。

现代联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。

基于DRP 合成煤气的现代联合钢厂的烟道气排放的 CO2 约为1.486 吨CO2/t 钢水。

3.0 ENERGIRON 直接还原技术亮点
ENERGIRON 直接还原技术针对气体处理区域有两种配置，他们是：
ENERGIRON III —带天然气转换器天然气作为燃料
ENRGIRON ZR —无转换器。

天然气、合成煤气、焦炉煤气和任何其他工业气体作为燃料ENERGIRON ZR 技术是最新的综合直接还原技术，由 HYL 和达涅利开发，可以显著降低CO2 排放，见下文所述。

在这个装置中，通过将各种工艺气体直接送入反应器中，向反应器入口输送氧气，还原气体可以在还原反应器中现场”制备。

利用这种方式，在竖炉内精炼铁的催化作用在还原过程达到最高效率。

在此基础之上，大多数天然气（NG）成分都被用到了冶炼中，只有很小的一部分被转换用以满足加热器中的燃料需求。

当DR 反应器和外部催化转换器时，CO2 以不经处理的方式从转换器的烟道中排放出去，这与没有转换器的工艺气体配置相反。

和其他技术相比，配备转换器和不配备转换器的ENERGIRON DR 工艺共有的主要优势是还原回路拥有一套CO2 清除系统。

实际上，这种工艺固有的一个特点是能够选择性地去除还原过程产生的副产品—水（H2O）和CO2（CO2），而这同时也能降低对环境的影响。

顶部的气体洗涤装置可以将水消除掉，而CO2 清除系统可以将 45% 的 CO2 收集起来。

值得注意的是CO2 清除系统也可
以 100% 消除回收的工艺气体中所包含的硫。

装置的工作压力为 6-8巴，因此化学过程对CO2 的选择性清除效率非常高。

通过选择性消除H2O和CO2 两种氧化剂，还原气体（H2和CO）得到回收，重新回到 DR反应器中，从而能够优化工艺气体成分，节省70-75% 的总能量。

而未配置转换器的ENERGIRON DR 工厂中，只有30% 的碳作为烟道气从工艺气体加热器的烟道中排除，每生产一吨DRI 能选择性去除约70 kg C（或250kgCO2）。

4.0 关于CO2 排放技术的最后一点考虑
ENERGIRON DR 工厂拥有的优势是生产过程中将排放的部分 CO2选择性的清除，并且这部分CO2 被投入到商业应用中或易地封存起来（如油井中），进而大幅度减少温室气体GHG 的排放。

通过DRP–EAF 炼钢工艺的排放的CO2 仅为 BF-BOF 炼钢工艺CO2 排放量的40%。

考虑到ENERGIRON DRP-EAF 工艺对CO2 的选择性清除，这种工艺的CO2 排放量将被进一步降低到BF-BOFCO2 排放量的26%。

ENERGIRON 直接还原技术包含一项吸收CO2 专利工艺，这项工艺能让进入生产过程的总碳量在不经选择的情况下，将通过烟道气排出碳量控制在总碳量的30% 之内。

上方图表显示的CO2 排放量不言自明。

这项能够减少55% CO2 排放量的技术将是未来联合炼钢产业的技术配置，将能够帮助钢厂达到1990 年《京都议定书》规定的排放标准，减少温室气体排放（GHG）。

和传统的BF-BOF 工艺相比，ENERGIRON DRP-EAF 联合炼钢工艺是减少和控制CO2 排放量的最佳技术。

在天然气太贵或无法供应的地方，可以用煤作为还原剂的ENERGIRON
直接还原工艺成为市场上一种理想的替代方案。