钢铁低碳路径

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在钢铁行业，传统的冶铁基于高炉技术，这项技术将来也会继续成为冶铁的主要技术。该技术的主要劣势在于冶铁过程需要昂贵的焦炭作为还原剂，会产生严重污染。在冶铁技术上已经做出了相当大努力开发新的替代技术。如图11所示，有两种替代选择，分别是直接还原（DR）和熔融还原（SR）技术(Chu and Zhao, 2008)。

图11：冶铁：发展趋势

如图12所示，当前的钢铁生产使用如下两种途径：

图12：BF-BOF以及DR-EAF示意图

直接还原——电弧炉（DR-EAF）方法：这种方法避免使用昂贵的焦炭并且减少资本和运营成本，也减少对环境的影响，是替代传统的BF-BOF技术的一种方法。它从固态的铁中消除氧，产生固态海绵铁（DRI）。作为高品质铁屑的替代，DRI主要用来作为电弧炉（EAF）炼钢的原材料(WSA, 2008a; AISI, 2008)。
高炉-转炉是目前中国炼钢最常用的方法，2006年产量为中国钢铁的87%。剩下的产量采用EAF方法，这一产量现在已经开始稳定增长(WSA, 2008b)。
熔融还原：不使用焦炭产生铁水，是高炉生铁生产的另外一种方法。一些熔融还原工艺还在开发之中，只有在一种名为Corex的工艺目前投入商业使用。图13列出了一些Corex工艺的图解特征。

图13：COREX工艺示意图

Corex工艺采用两种装置：在第一个装置中铁矿石被加热然后被气化还原并从第二个装置中退出，这是一个供应煤炭和氧气的冶炼气化炉。部分还原的矿石在在第二个装置被溶解，产生液态铁。SR工艺产生类似生铁的物质，需要在一个单独的反应堆中进行完善进行钢提取。
还原的气体主要包括：CO, H2 and CO2。在离开熔气化炉后，将热气体同冷气相混合进行温度调节，然后再热旋风中进行清洁，最后输送到竖炉中作为还原气体。气体离开竖炉后，仍然具有相对较高的热能价值，如果有机会的话可以作为气能输出。
在中国，过去几年的科技进步已经可以在冶钢过程中减少大量的碳排放。这些进步包括：
•加强冶钢过程中的效率；
•关闭小型低效工厂；
•部署电炉。
中期改进应该集中在提高废钢回收以及部署有效技术上。长期重大改进应该集中在CCS等突破性技术上。“突破性”技术指导致冶钢方式发生重大改变的根本性的新工艺。由于以下原因导致很难从当前的钢铁工厂实施碳捕获(Borlée, 2007; Zhang and Bi, 2005)：
•如今的钢铁厂都是大量子工厂的联合企业（比如：焦化厂、球团厂、铁厂、钢厂以及轧钢厂），它们每个都有独立的燃烧系统和堆栈；
•从主要排放物（电炉）只能获取30%的二氧化碳排放物，而且会付出很高的将减排成本。
•现代冶钢技术已经优化了能源使用并且具备很高的能源和碳效率。
鉴于上述原因，本文通过整合目前中国的研究和实践提出了三种突破性的思路：
•基于氧高炉的多联产（P-OBF）；
•基于直接还原的多联产（P-DR）
•基于熔融还原的多联产（P-SR）
这些突破性技术都可能是钢铁行业的关键性CCS实现技术。

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关键词：二氧化碳排放 core 钢铁行业 二氧化碳 发展趋势 路径 钢铁

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