减排二氧化碳主要技术概况

减排二氧化碳主要技术概况

为了减缓地球变暖而减排二氧化碳已形成全球共识，我国作为发展中大国，对减排二氧化碳十分重视。为了贯彻“十二五”规划单位GDP 能耗降低16% 和单位GDP 二氧化碳排放降低17% 的约束性考核指标，工信部和发改委、科技部、财政部联合制定的《工业领域应对气候变化行动方案（2012-2020）》于2013 年1 月9 日公布。该方案提出，到2015 年，单位工业增加值二氧化碳排放量比2010 年下降21% 以上，其中钢铁行业下降18%。这对目前尚处于困境的钢铁工业无疑是一项十分艰巨的任务，但亦是发展模式由粗放型转向质量效益型的契机，应大力通过技术创新确保这一目标的实现。

从国内外经验看，确保二氧化碳减排主要依靠以下五方面的技术：

①发展可再生能源和清洁能源；

②节约能源；

③低碳技术；

④二氧化碳分离回收技术；

⑤二氧化碳利用技术。

本文兹就与钢铁行业密切相关的② - ⑤项技术情况分类介绍如下，以供参考。

1 节能技术概况

节能和二氧化碳减排关系密切，但按单位工业增加值计算的节能率比常规按吨钢能耗计算的节能率的影响因素更多。工业增加值能耗= 耗能量/（产品产值-原材料产值）。由此看出，通过生产高级产品和降低原材料消耗都有利于降低工业增加值能耗，故使由此计算的二氧化碳减排途径更多。从这一观点出发，有利于减排二氧化碳的先进节能技术及应用情况大致如下：

1）提高高级产品的比例，特别是有利于用户节能减排的产品，其减排二氧化碳的效果更为明显。

如日本铁钢联盟为确保实现1997 年京都议定书规定全国2010 年比1990 年减排二氧化碳6% 的目标而制定的钢铁业2010年自主行动计划中，除规定直接节能10% 的同时，还要求间接节能达6.5%（扩大高级产品约占4%、利用废塑料100 万t 约占15%、利用低温余热供社区利用约占1%）。高级产品首先有高强度钢，用于汽车、船舶等轻量化时，既节约用钢量（间接节能），又有利于运行时节油减排；其次是低铁损电工钢板，则有利于电机、发电机和变压器等减少铁损而节能；还有高耐热、耐蚀钢管，用于超超临界高效发电而节能等。按从生产、使用到报废的全生命周期计算节能效应。这一措施大幅推动了日本钢铁业提高高级钢比的生产和技术研发，并成为扩大出口的主要手段。

我国钢铁业则在这方面较为薄弱但潜力巨大，希望以此为契机加大技术开发和创新，既可提高企业效益，又可为减排二氧化碳抑制地球变暖做出努力，并有利于尽快由大变强。

2）简化生产工序的节能技术。

在简化生产工序的节能技术中，目前节能效果大的先进技术有以下两项：

（1）薄带连铸技术。

即将钢水注入由一对逆向旋转辊和两侧封板组成的熔池中，便可直接由钢水连续生产出厚度为2-4mm 的薄带，省去粗轧工序，从而大幅节能。这一先进技术从21 世纪初就先后在日本、韩国、澳大利亚和美国建成示范厂，但发展最快的是韩国浦项钢铁。2006 年建成示范厂，现已商业化，年产能达60 万t，其中不锈钢40 万t、镁薄带3000t，还在开发新钢种和钛、锆等薄带材中。我国亦应自行开发或引进技术选点示范应用成功，经消化吸收再创新后在全国推广。

（2）直接还原炼铁技术。

直接还原炼铁技术比传统高炉炼铁法省去炼焦和烧结工序，大幅减少了能耗和投资，故从1970 年实用化初期的80 万t到2010 年已扩大到100 倍以上。所用还原剂有两种，即天然气和煤。

前者的代表工艺为MIDREX 法，为美国MIDREX公司（后被神户制钢兼并）开发，现全球共有60 处以上，占总产量的60% 左右，主要分布在中东、非洲和美洲。

后者的代表工艺有FASTMET 法、ITmk-3 法和FINEX 法等。前两种方法由神户制钢开发。FASTMET 法在日本已用于重点处理含锌高的铁粉尘。过去由于担心影响高炉顺行而将之作为废弃物填埋处理；后来掺入煤粉造成球团，在转底炉内加热脱锌并于炉尾回收氧化锌的同时，产出直接还原球团供炼钢使用（有的厂供高炉使用），节能效果更好。我国马钢已建成20 万t/a 含锌尘泥脱锌装臵、产品供高炉使用。另外，沙钢采用神雾集团开发的类似技术亦于2012 年建成30 万t/a 产能，产品供电炉使用。ITmk-3 法则以铁粉、煤粉混合直接生产还原球团，在美国电炉钢厂的50 万t/a 示范工程效果良好，已在印度和中东等缺焦煤的国家和地区重点推广。另一种工艺为FINEX 法，为韩国浦项钢铁和奥钢联共同开发并在浦项钢铁应用和改进，现已有60 万t/a 和150 万t/a 两座设备在生产，另一座 200 万t/a 的3 号设备亦将于今年年内建成。据报道，浦项钢铁已和我国重钢达成协定，共同投资、建设和经营2×150 万t/a FINEX，计划于2015-2016 年投产，在减排二氧化碳的同时还可减少焦煤进口。

（3）大力提高电炉钢比的节能效果更大。

一般短流程电炉钢厂的吨钢能耗和投资仅为高炉- 转炉长流程钢厂的1/3，故减排二氧化碳的效果亦大。日本、欧盟、美国等发达国家的电炉钢比分别约为25%、40% 和50%，而我国仅为10%-12%，因此提高电炉钢比的潜力很大。而发展的瓶颈主要是废钢不足，应设法采取以下措施解决：

①与含锌铁粉尘的处理利用相结合，增加电炉原料供应；

②强化废金属回收工作；

③利用廉价劳动力优势在沿海发展拆船厂等，以增加废钢；

④扩大废钢进口以代替铁矿石进口，总体还是合算的。

3）改善循环利用机制，扩大废塑料等高能量废弃物的利用。

日本学习德国废物循环利用的合理机制——生产者责任制和分类回收制，完善了相关法规，使钢铁业年废塑料的利用量达到近100 万t。主要是居民对废塑料分类投放，然后由废塑料协会集中后按2-4 万日元/t 委托处理费交钢铁厂，掺入高炉喷吹煤和炼焦煤中利用，能量利用率分别达到70% 和94%，发挥了节能减排的效果。

2 低碳技术促进二氧化碳减排

二氧化碳的产生主要是来自碳的燃烧和对氧化矿物的还原。若采用同样具有燃烧和还原作用的氢元素代替部分碳元素的低碳技术，则可实现二氧化碳的减排。除常见的以城市煤气和天然气替代煤供居民生活和烧锅炉使用外，与钢铁业有关的低碳技术还有以下实例：

1）日本JFE 钢铁的东日本钢铁厂曾利用当地有余的城市煤气与煤粉一起吹入高炉，由于城市煤气的天然气含氢量高于喷吹的煤和焦炭，故产生了一定的二氧化碳减排效果。

2）受日本新能源产业技术综合开发机构委托，日本铁钢联盟组织由四大钢铁公司负责研发项目COURSE 50 中的一项内容，即将焦炉煤气改质以提高氢含量后喷入高炉中代替焦炭作铁矿石的还原剂，目标是减排二氧化碳 20%。2012 年已完成实验室研究，并经瑞典的试验高炉证实已达到二氧化碳减排10% 的效果，下一步拟自建10m3 试验高