Enligt världens metallrapporter innehåller den senaste tidens innovation inom koldioxidminskningsteknik inom stålindustrin följande aspekter:
1.Reduc (reduc)Ingmasugnsproduktion, med hjälp av skrot eller direktreduktionsjärn EAF ståltillverkning.
2.Applicering av vätgas från grön el vid direktreduktion av järnproduktion.
3.Elektrolytisk järnmalm baserad på hydrometallurgi.
4.Smält oxid elektrolys.
5.Europeisk ståltillverkning med ultralåg koldioxid- Jag är inte så bra på att se vad jag går för.projekt ( återvinning av masugnsgas, HISarna).
6.OssInggas för att producera kemiska produkter
7.Tillämpning av slagg inom cementindustrin
1 Inledning
Internationella energiorganet föreslår en plan för hållbar utveckling (SDS) för att uppnå målen i Parisavtalet.För att uppnå denna plan har Internationella energiorganet föreslagit att stålindustrin måste minska råståls koldioxidutsläppsintensitet med 1,9 procent per år från 2017 till 2030.
Råståls koldioxidutsläppsintensitet har varit på nedåtgående sedan 2009 (en minskning med 1,8 % från året innan 2017).Men för att minska koldioxidutsläppen från stålprodukter per enhet måste stålindustrin fortfarande arbeta hårdare och fortsätta att bedriva teknisk innovation.
På senare tid har det skett flera nya utvecklingar för att minska stålindustrins miljöavtryck.Många sådana projekt, tekniker eller innovationer tillhör följande kategorier:
1)Vätereduktion av järnmalm.
2)Användning av grön el.
3)Utnyttjande av biomassa.
4)Avsluta behandlingstekniken.
I den här artikeln diskuteras de nuvarande transportvägarna för stålproduktion och deras koldioxidutsläppsfrågor. Den granskar också befintlig och utvecklande teknik med låga utsläpp. Denna teknik kan i grunden förändra stålindustrin.
1.1HuvudsakligSteel (teel)Process (rocess)Routes
Det finns tre huvudsakliga processvägar för stålproduktion:
1)Den integrerade rutten antar masugn, grundläggande syreomvandlare och koksugn (70% av BF-BOF-metoden).
2)Direkt minskad järnproduktion (DRI), som används inom ståltillverkning av ljusbågsugnar (DRI-EAF-metoden står för 5 %).
3) Ståltillverkning av ljusbågsugnar med skrotstål (scrap-EAF-metoden står för 24 %).
1.2RegionalDomferenser iJagron ochSteel (teel)PstångningTekhnologi
Föregångaren till den moderna BF-BOF-ståltillverkningsprocessen har funnits i hundratals år. Ljusbågsugnsståltillverkningen började dock i början av 1900-talet. På 1960-talet, på grund av tillgången på en stor mängd skrotstål, främjades och applicerades ståltillverkningen av ljusbågsugnar.Begränsningarna i det tidiga EAF var bristen på el (särskilt billig el) och skrotförsörjning, och de kunde bara producera stålprodukter av låg kvalitet. Under de senaste 50 åren har ljusbågsugnarna kontinuerligt förbättrats, så att nästan 80% av stålprodukterna kan produceras av ljusbågsugnar. Länder med billig el och skrot eller naturgas för DRI-produktion producerar vanligtvis stora mängder stål med bågugn. Under 2018 producerades 68 procent av råstålet i USA genom ljusbågsugnsprocessen, medan endast 12 procent i Kina. I Kina är tillräcklig tillgång på skrot och billig el fortfarande restriktiva faktorer.
2 UtsläppRUtbildningStrategy (trategy)
2.1 ProcessaaRutSval:TraditionalJagntegratedSteelmaking, EAFSteelmaking,Direct (irect)RUtbildningJagRon
Enligt Japans effektemissionskoefficient är utsläppsprocessen för EAF-ståltillverkning, särskilt med skrot som råvara, betydligt lägre än den traditionella BF-BOF-processen. För att uppnå en mer miljövänlig ståltillverkning kan övergången från den globala stålindustrin till EAF-processerna avsevärt minska koldioxidutsläppen.Om BF-BOF-rutten står för 60 % och ljusbågsugnsrutten står för 40 % (med 100 % NG-DRI-råvara) kan koldioxidutsläppen minskas med cirka 20 % till 1,62 tCO2 /tHRC.
Koldioxidsnål el och tillräcklig skrotförsörjning är nödvändiga förutsättningar för att EAF-ståltillverkningen ska ersätta traditionell BF-BOF-ståltillverkning. Dessutom får ljusbågsugnen bli en process som lämpar sig för produktion av alla stålkvaliteter först när DRI/HBI läggs till i tillverkningen av ljusbågsugnar. Tillgången till och kostnaden för naturgas är en viktig faktor som begränsar produktionen av DRI/HBI.
I Kina, världens största stålproducent, är EAF:s ståltillverkning för närvarande begränsad på grund av begränsad kraft och billig DRI och skrotförsörjning.Att ersätta vissa omvandlare med ljusbågsugnar kan vara en trend inom den globala stålindustrin.
2.2 SprängningFurnace (urnace)Jagmprovement (mprovement)
Eftersom den nuvarande BF-BOF-rutten står för 70 procent av stålproduktionen är den kortsiktiga strategin för att minska stålens koldioxidintensitet att stegvis modifiera och förbättra den befintliga masugnsvägen och därigenom minska koldioxidutsläppen per ton stål.Förbättringar av BF-BOF-rutten inkluderar teknik som använder el, såsom överhettning av varmluft, återcirkulation av toppgas, förbättringar av ugns- eller koksprocessen, naturgasinsprutning i masugnen för att delvis kompensera efterfrågan på koks och användningen av alternativa bränslen som biomassa.
Att använda elektrisk teknik i masugnar kan minska koldioxidutsläppen, med förutsättning att el kommer från förnybar kraft eller grönt nationellt nät. Plasmabrännares tillförlitlighet och underhållsförmåga har förbättrats avsevärt sedan de introducerades i masugnar på 1980-talet. Elektrisk energi används för att generera plasmaflöde med hög temperatur och hög hastighet.
Torrsläckning är en förbättring av den befintliga kokstekniken, med inert gas för att återvinna värmen i den röda heta koksen.Den återvunna värmen genererar ånga i pannan, som används för andra ändamål som kraftgenerering. Torrsläckning av koksfuktigheten är låg, vilket sparar mängden masugnskoks.
Många masugnsförbättringsprojekt fokuserar på användning av biokol för att ersätta metallurgiskt kol / koks. I likhet med andra petrokemiska kolkällor släpper biokol ut koldioxid i atmosfären, och den utsläppta koldioxiden anses vara balansen mellan koldioxid som absorberas under biomassatillväxten. Därför anses biokol vara växthusgasneutralt.
Ett av de största problemen med att använda biomassa som kolersättning i masugn är att biokols höga aktivitet leder till en betydande minskning av kokskvaliteten.
2.3 Vätgasbaserat ståltillverkningsprojekt
En långsiktig lösning för att minska koldioxidutsläppen från stål är att främja tekniken att ersätta kol med vätgas som järnreducerande medel. Vätgas användes i reaktionsprocessen för att generera vatten och undvika produktion av koldioxid.
Vätgasreducering har två sätt:1 ) Vätgasinsprutning i masugn kan minska mängden kol/koks som krävs. 2 ) Inom EAF-ståltillverkning kan vätgas användas som ersättning för NG-DRI för att producera H2 - DRI.
2.4 Smält reduktionsteknik
Smält minskning är en alternativ kolbaserad järntillverkningsprocess, som är beroende av kolförgasning i smält järn. Smältreduktionsprocessen omfattar två regioner : regionen för förminskning och smältreduktionsregionen. Kol kommer in i smältreduktionszonen, där kol är förgasat för att producera värme och varm gas rik på kolmonoxid. Värme smälter järn i den smälta reduktionszonen, och varm gas transporteras till förreduktionszonen. Sedan minskade den heta gasen järnoxiden innan järnoxiden gick in i den smälta reduktionszonen för slutlig reduktion. Smältreduktionsteknik eliminerar kokingprocessen och tenderar att undvika järnmalmsförstäljningsprocess, vilket avsevärt minskar koldioxidutsläppen. En nackdel med de flesta smältreduktionsprocesser är att de behöver en stor mängd syre och kostnaden är hög. För närvarande produceras mindre än 1 % av stålet genom smältningsprocessen.
HISARNA och FINEX är de två vanligaste smältreduktionsteknikerna.
HISARNA är en del av ULCOS-projektet som syftar till att minska koldioxidutsläppen med 50 procent under ståltillverkningen. Sedan 2007 har Projektgruppen Tata Steel, Rio Tinto Group och ULCOS utvecklat HISARNA-teknik, som direkt kan producera järn med järnmalm och kol utan förbehandling.
Jämfört med den traditionella järntillverkningsvägen minskar koldioxidutsläppen med 20 %, och användningen av biomassa eller skrot i HISARNA-ugnen kan ytterligare minska koldioxidutsläppen med 50 %.
3. Direkta alternativ för att undvika koldioxid
För närvarande studerar två projekt i försöksskedet nya processvägar, som har potential att helt förändra stålindustrin och fasa ut fossila bränslen inom stålindustrin:moltenoxidelektrolys ( MOE ) och järnmalmselektrolysprojekt.Båda är grön elektrisk teknik.
3.1 Smält oxidelektrolys
Företag B utvecklar en kolfri stålproduktionsprocess för järnmalm.
Denna process är på småskalig pilotutvecklingsnivå.
MOE-processen använder järnmalm som råvara för att selektivt minska järn genom inert anod och stabilare smält oxidelektrolytskikt.
Det regularly ta bortsrent järn från den elektrolytiska cellen, tillsättslegeringar och bearbeta och gjut sedan stålet i enlighet med typisk ståltillverkningsutrustning nedströms. För att bibehålla de kemiska egenskaperna och alkaliniteten kombinerar ganguesammansättningen i järnmalm med flödet för att bilda ett smält oxidskikt.
3.2 Järnmalmelektrolysprojekt
Siderwinprocessen är ett nytt projekt inom den europeiska stålindustrin, lett av ArcelorMittal, som använder elektrolytiska celler för att producera metalliskt järn.
När järnmalm förs in i elektrolysatorn och strömmen strömmar genom elektroden lockas järn till katoden och syre lockas till anoden. Projektet finansieras genom EU:s Horisont 2020-plan och befinner sig för närvarande i pilotfasen. Ett 3 m industribatteri är under uppbyggnad för att testa olika järnkällor som fodermaterial, inklusive järnskrot.
Produktionen av metalliskt järn omfattar tre huvudsteg:
1 ) Hematit reagerar med lösligt järnjärn för att bilda magnetit: Fe2O3 + HFeO2- → Fe3O4 + OH-
2 ) Elektrisk koppling mellan magnetit och järn: Fe3O4 + Fe + 4OH- → HFeO2- 3 ) Elektrokristallisering av järn under katodisk polarisering: 3HFeO2- + 3H2O + 6e- → 3Fe + 9OH-
4 Återvinning av spillgas
Avskiljning, lagring och användning av koldioxid kan också spela en roll i utvecklingen mot produktion av utsläppssnålt stål. Teknik för avskiljning, lagring och användning av koldioxid avskiljningsmedel från spillgas och återanvänder koldioxid som råmaterial för produktion av olika kemiska produkter för att undvika användning av kol- eller naturgasråvaror. Koldioxid som fångas in från stålavfallsgas kan användas för att förbättra oljeåtervinningen av oljebrunnar och kan också omvandlas till produkter med högre värde, såsom bioetanol, biometanol eller polymer. Koldioxid kan också lagras i cement eller användas som foder för algtillväxt. Men för att helt eliminera koldioxidutsläppen från den nuvarande järn- och stålindustrin behövs ett stort antal cement eller alger, vilket kommer att öka svårigheten med denna teknik.
Bioetanol framställs vanligtvis genom jästfermentering av socker i biomassa som majs eller sockerrör. Det används som ersättning för bensin. Bioetanol är anmärkningsvärt eftersom det erhålls från förnybara resurser. Jämfört med fossila bränslen är bioetanol mindre giftigt och ger något mindre koldioxidutsläpp.
Metanol kan produceras med masugnsgas eller koksugnsgas för att minska koldioxidutsläppen genom att undvika användning av fossila bränslen. Syntetisk gas för metanolsyntes kan vara en blandning av väte, koldioxid och kolmonoxid. Föreningar som N2 måste dock avlägsnas från gasen för metanolproduktion.
5 Avslutning
Stålindustrin investerar mycket pengar för att utveckla teknik för att minska sitt koldioxidavtryck. Kortsiktiga lösningar som gradvis förbättring av masugnar eller övergång till EAF-ståltillverkning kan bidra till att minska koldioxidutsläppen per enhet stålproduktion. Men för att koldioxidutsläppen ska minskas avsevärt måste nya alternativa processer förbättras, såsom användning av vätgas som reduktionsmedel eller grön smältreduktionsteknik för att fasa ut fossila bränslen i järn- och stålindustrin ( Fig. 2 ). Dessutom är regeringens stöd till grön energi och utfasningen av fossilbränsleindustrin avgörande för att främja denna banbrytande teknik som hållbara och kostnadseffektiva alternativ till befintliga processer.
