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歐鋼聯(lián)“智能碳使用”技術(shù)路線主要項(xiàng)目探秘

2020-09-11 09:43:00

  劉獻(xiàn)東

  上期(詳見《中國(guó)冶金報(bào)》2020年9月4日2版),《觀海聽潮》向大家介紹了歐洲鋼鐵工業(yè)聯(lián)盟(Eurofer,簡(jiǎn)稱歐鋼聯(lián))為實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排承諾而推進(jìn)的2條主要技術(shù)路線中“直接碳避免”技術(shù)路線的重點(diǎn)項(xiàng)目——HYBRIT(突破性氫能煉鐵技術(shù))項(xiàng)目進(jìn)展和未來規(guī)劃。本期聚焦另一個(gè)技術(shù)路線——“智能碳使用”技術(shù)路線的主要項(xiàng)目:由安賽樂米塔爾主導(dǎo)的Carbon2Value項(xiàng)目、Torero(托雷羅)項(xiàng)目和由印度塔塔鋼鐵主導(dǎo)的Everest(通過排放物再利用和排放物儲(chǔ)存提高價(jià)值)項(xiàng)目。
  安米主導(dǎo)的Carbon2Value、Torero項(xiàng)目
  Carbon2Value項(xiàng)目旨在減少30%以上
  溫室氣體排放
  Carbon2Value項(xiàng)目由安賽樂米塔爾主導(dǎo),由安賽樂米塔爾創(chuàng)新部牽頭實(shí)施,旨在開發(fā)低碳技術(shù),將鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化碳轉(zhuǎn)化用于新的價(jià)值鏈。該項(xiàng)目投資額為1029.6萬歐元,其中430萬歐元由歐盟基金資助。該項(xiàng)目運(yùn)行周期為2017年~2021年。
  該項(xiàng)目通過實(shí)施成本效益高的突破性解決方案,分離鋼鐵工業(yè)制造過程所不可避免的一氧化碳和二氧化碳排放,實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排30%以上的目標(biāo)。該項(xiàng)目通過在試驗(yàn)線上將富碳?xì)怏w分離為富一氧化碳、富二氧化碳?xì)怏w,將這兩種氣體用于有價(jià)值化工產(chǎn)品的制造,同時(shí)進(jìn)行副產(chǎn)品再利用,以進(jìn)一步促進(jìn)化石燃料替代和溫室氣體減排。
  該項(xiàng)目的可交付成果包括:①安賽樂米塔爾和DOW(陶氏)公司的一氧化碳/二氧化碳分離示范線成功運(yùn)行。②分離的一氧化碳/二氧化碳適合于未來的商業(yè)化應(yīng)用。③中試線在未來大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用中,具備環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性。
  該項(xiàng)目實(shí)施的具體方案是:將高爐廢氣導(dǎo)入變壓吸附(PSA)裝置,將一氧化碳與其他氣體分離。PSA裝置的主要輸出物是一種富一氧化碳?xì)怏w。該氣體被引導(dǎo)至分離裝置,以產(chǎn)生一氧化碳?xì)饬鳎偻ㄟ^2種途徑進(jìn)行再處理:①通過催化裝置轉(zhuǎn)化為乙烯;②使用包合物技術(shù),通過生物滲透法用變壓吸附裝置產(chǎn)生的貧一氧化碳尾氣制備乙醇,并進(jìn)行分離中試試驗(yàn),將一氧化碳從氮?dú)夂推渌麣怏w成分中分離出來。Carbon2Value項(xiàng)目工藝流程如圖1所示。
  在低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新方面,安賽樂米塔爾開創(chuàng)了一系列突破性技術(shù)。安賽樂米塔爾比利時(shí)根特鋼鐵廠除了建造Carbon2Value中試線外,還建有Carbalyst??中試線。該中試線將捕獲的一氧化碳?xì)怏w回收并加工成化學(xué)品(見圖2)。
  Torero項(xiàng)目每年至少生產(chǎn)
  8000萬升生物乙醇
  由安賽樂米塔爾主導(dǎo)的Torero項(xiàng)目于2017年4月份正式啟動(dòng),屬于歐盟“地平線2020計(jì)劃”,總投資為1.65億歐元。為支持該項(xiàng)目生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)和啟動(dòng)階段相關(guān)工作,“地平線2020計(jì)劃”提供了1150萬歐元的補(bǔ)貼。該項(xiàng)目包含一座投資額達(dá)5000萬歐元的大型示范工廠,可將廢木材轉(zhuǎn)化為生物煤,部分替代目前鋼鐵生產(chǎn)所需的煤炭。該項(xiàng)目的第一階段目標(biāo)是每年減少35萬噸的二氧化碳排放。
  在早期階段,該示范工廠每年可將6萬噸廢木材轉(zhuǎn)化為約4萬噸生物煤。預(yù)計(jì)到第二階段,該項(xiàng)目可轉(zhuǎn)化的量將翻一番。該示范工廠預(yù)計(jì)于2022年底投入運(yùn)行。
  Torero項(xiàng)目采用由安賽樂米塔爾合作伙伴Torr Coal開發(fā)的Torrefaction技術(shù),用B類木材廢料制造生物質(zhì)燃料——生物乙醇,以替代高爐內(nèi)相當(dāng)大部分的化石燃料。同時(shí),高爐可被用作氣化裝置,通過現(xiàn)有的發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)生物乙醇。Torrefaction技術(shù)可有效回收工業(yè)廢氣中的碳。
  該示范工廠每年可生產(chǎn)至少8000萬升的生物乙醇。與目前第一代基于纖維素生物資源制乙醇的解決方案相比,在相同的資本支出下,該項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)成本可降低1/3。與傳統(tǒng)的乙醇制造工藝相比,該項(xiàng)目所使用的工藝不會(huì)以任何方式與糧食等農(nóng)作物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。與“地平線2020計(jì)劃”中的其他解決方案“要達(dá)到工業(yè)規(guī)模就需要新建設(shè)施”不同,Torero項(xiàng)目的工藝集成于現(xiàn)有的功能齊全的大型工業(yè)設(shè)施中。作為一種附加技術(shù),Torrefaction技術(shù)可通過在現(xiàn)有鋼鐵行業(yè)工藝流程上進(jìn)行升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)。
  該項(xiàng)目的主要技術(shù)包括:
  ?木材廢料通過Torrefaction技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物燃料。
  ?生物煤在高爐中替代化石粉煤。
  ?高爐煙氣中的一氧化碳被微生物發(fā)酵成生物乙醇。
  ?全過程的物質(zhì)和能量循環(huán)在很大程度上是封閉的。
  該項(xiàng)目的參與者包括安賽樂米塔爾和Torrefaction技術(shù)的提供者Torr Coal、奧地利Joanneum研究所、奧地利Graz(格拉茨)大學(xué)和瑞典Chalmers(查爾姆斯)理工大學(xué)。
  塔塔鋼鐵主導(dǎo)的Everest項(xiàng)目
  旨在每年實(shí)現(xiàn)碳減排400萬噸
  Everest項(xiàng)目由印度塔塔鋼鐵牽頭,可將鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為化學(xué)品,并將廢棄的二氧化碳收集起來儲(chǔ)存在北海油田中,其主要目標(biāo)是將塔塔鋼鐵的二氧化碳排放量減少約400萬噸/年。該項(xiàng)目的合作伙伴包括:安賽樂米塔爾、陶氏、ISPT、比利時(shí)根特大學(xué)、ECN。
  Everest項(xiàng)目主要技術(shù)包括水煤氣轉(zhuǎn)換技術(shù)、碳捕集技術(shù)、二氧化碳?jí)嚎s技術(shù)、合成氣轉(zhuǎn)化技術(shù)、產(chǎn)品回收技術(shù)。該項(xiàng)目工藝流程見圖3。
  水煤氣轉(zhuǎn)換技術(shù):其功能是調(diào)節(jié)高爐煤氣中氫氣和一氧化碳的比值,使其適合合成氣轉(zhuǎn)化。技術(shù)上的主要挑戰(zhàn)包括:氣體清潔處理,如去除氮、硫化合物等;能適應(yīng)各種流量的波動(dòng)。
  碳捕集技術(shù):采用高壓胺洗工藝,在濃度達(dá)到一定程度時(shí)從氣體中捕集二氧化碳。主要技術(shù)挑戰(zhàn)為:能應(yīng)對(duì)進(jìn)料氣流中的流量波動(dòng),具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
  二氧化碳?jí)嚎s技術(shù):確保將二氧化碳加壓到所需壓力,捕集后處理以去除水分和硫化氫。主要技術(shù)挑戰(zhàn)為:能應(yīng)對(duì)進(jìn)料氣流的流量波動(dòng),并能與其他工序進(jìn)行熱集成。
  合成氣轉(zhuǎn)化技術(shù):將合成氣轉(zhuǎn)化為基本化學(xué)物質(zhì)并將部分碳原子長(zhǎng)期“鎖定”在高爐煤氣中。潛在產(chǎn)品是石腦油、甲醇、乙酸、煤油、氨和甲烷。通過“Fischer-Tropsch(費(fèi)托合成)反應(yīng)”生產(chǎn)石腦油。主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括:能應(yīng)對(duì)進(jìn)料氣流中的流量波動(dòng),能與其他工序進(jìn)行熱集成,催化劑性能長(zhǎng)期穩(wěn)定,解決在比利時(shí)根特(安賽樂米塔爾)和荷蘭艾默伊登(塔塔鋼鐵)中試工廠的運(yùn)行問題。
  產(chǎn)品回收技術(shù):對(duì)碳?xì)浠衔镞M(jìn)行后處理(例如干燥),從液相中分離氣態(tài)相。
  Everest項(xiàng)目進(jìn)度表如下:2019年上半年完成可行性研究,2020年底完成碳捕集技術(shù)研究,2021年~2022年在安賽樂米塔爾和塔塔鋼鐵分別建成中試線,2025年碳捕集技術(shù)具備商業(yè)化能力,2027年合成氣轉(zhuǎn)化技術(shù)具備商業(yè)化能力。
  

 

  《中國(guó)冶金報(bào)》(2020年09月11日 02版二版)

來源:中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:宋玉錚

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