日本鋼鐵行業為應對全球氣候變暖所實施的節能減排措施

文章來源:中國冶金報王志2019-11-24 11:23

隨著國際社會對環境問題的不斷關注和資源緊張對節能降耗提出的緊迫要求,世界各國鋼鐵行業在節能減排和環境保護方面的新技術不斷涌現。10月29日,日本經濟產業省金屬課金屬技術室田中良佑和JFE鋼鐵技術地球環境組組長手塚宏之在第十一屆中日鋼鐵工業環保節能先進技術專家交流會上介紹了日本鋼鐵業為應對全球氣候變暖所實施的節能減排措施。
 
全球鋼鐵產量仍將增長,控溫壓力增大
 
手塚宏之介紹,1958年,日本的人均鋼鐵蓄積量僅為1噸,經過20世紀60年代的經濟高速增長期,到1973年人均鋼鐵蓄積量達到4噸,1988年達到7噸,2003年達到10噸。這期間的人均鋼鐵蓄積量增長速度為0.2噸/年。之后的時期內,人均鋼鐵蓄積量的演變趨緩(約為0.06噸/年)。2015年,日本的鋼鐵蓄積總量為13.6億噸,人均為10.7噸。
 
 
手塚宏之指出,發達國家的人均鋼鐵蓄積量在8噸~12噸左右,預計中國和印度的人均鋼鐵蓄積量將分別于本世紀前半葉和本世紀內達到10噸。
 
手塚宏之認為,到2100年,全球粗鋼產量將達到37.9億噸,生鐵產量將達到12億噸,廢鋼鐵利用量將達到29.7億噸,鋼鐵蓄積量將達到1118億噸,人均鋼鐵蓄積量將為10噸。
 
大力推進革新及超革新技術研發
 
在交流會上,手塚宏之設想了未來日本鋼鐵業技術發展的4種情景,并對這4種情景會產生的結果進行了預測。
 
情景一是繼續按照現有模式進行煉鐵和使用廢鋼資源。在這種情況下,噸鋼能耗不會發生較大變化,但是鋼鐵的積蓄量以及廢鋼的積蓄量和使用量會增加。
 
情景二是日本計劃將已有的尖端節能技術(CDQ、TRT等)最大限度地推廣到全世界。在這種情景下,國際能源署(IEA)發布的《2014能源技術展望》(ETP2014)中削減21%能耗的目標有望在2050年前實現。
 
情景三是日本現在正在開發的革新技術如COURSE50(創新煉鐵工藝技術)等技術將在2030年后、2050年前得到最大程度的應用。
 
情景四是根據日本鐵鋼聯盟提出的應對氣候變暖長期策略,日本將從2030年開始,以“3個環保”(環保工藝、環保產品、環保解決方案)為基礎,推動超革新技術如氫還原煉鐵、CCS(二氧化碳捕獲和封存)、CCU(二氧化碳捕集和利用)等技術的開發,最終在2100年實現“零碳鋼”的目標。
 
手塚宏之介紹了COURSE50項目、鐵焦技術開發項目等革新技術和超革新技術。他指出,COURSE50技術能有效開發利用焦爐排放的氣體并部分替代高爐裝入的焦炭,還原高爐中的鐵礦石(氫還原煉鐵),能減少30%的二氧化碳排放。該技術將在2030年左右實現應用。
 
氫還原煉鐵的化學方程式為:
 
2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O
 
氫還原煉鐵每生產1噸生鐵所需要的氫氣量為:還原所需氫氣(601標準立方米)、吸熱反應過程所需氫氣(67標準立方米)、將鐵水加熱到1600℃所需氫氣(85標準立方米),共753標準立方米/噸(理論值),若假設利用率為75%,實際上需要的氫氣量約為1000標準立方米/噸。
 
到2100年,全球12億噸生鐵生產所需的氫氣量約為1.2兆標準立方米,如果制氫的電力單耗為4.5千瓦時/標準立方米氫氣,則需要5.4兆千瓦時的電力。
 
COURSE50項目還能實現二氧化碳的回收。該項目利用鋼鐵廠內未加利用的低溫廢熱實現高爐氣體中二氧化碳的分離,然后再對其進行回收。2008年~2017年,日本使用規模約為實際高爐1/400的試驗高爐研究開發氫還原鐵礦石及從高爐氣體中分離回收二氧化碳的技術,并將兩項技術合并實施。2018年,日本大力推動綜合技術開發,旨在到2030年左右實現該技術的轉化應用,在2050年左右實現該技術的普及推廣。
 
鐵焦技術開發項目通過有效利用低品位的煤和鐵礦石,生產作為高爐煉鐵原料的鐵焦,提高高爐內的還原反應效率,使還原溫度比一般高爐降低約100℃,從而使煉鐵工藝中的節能效果達到10%。
 
田中良佑介紹,目前日本正在建設中型規模鐵焦生產設備(產能為300噸/日)。從2020年起,日本將利用中型規模鐵焦生產設備對該技術進行中試,并驗證在大型高爐長期使用鐵焦進行生產的實際效果,力爭在2030年左右引入5座鐵焦生產設備。

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