本報(bào)記者 王志
隨著國際社會(huì)對(duì)環(huán)境問題的不斷關(guān)注和資源緊張對(duì)節(jié)能降耗提出的緊迫要求，世界各國鋼鐵行業(yè)在節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)方面的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。10月29日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省金屬課金屬技術(shù)室田中良佑和JFE鋼鐵技術(shù)地球環(huán)境組組長手塚宏之在第十一屆中日鋼鐵工業(yè)環(huán)保節(jié)能先進(jìn)技術(shù)專家交流會(huì)上介紹了日本鋼鐵業(yè)為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖所實(shí)施的節(jié)能減排措施。
全球鋼鐵產(chǎn)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(jīng)過20世紀(jì)60年代的經(jīng)濟(jì)高速增長期，到1973年人均鋼鐵蓄積量達(dá)到4噸，1988年達(dá)到7噸，2003年達(dá)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(shí)期內(nèi)，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(fā)達(dá)國家的人均鋼鐵蓄積量在8噸~12噸左右，預(yù)計(jì)中國和印度的人均鋼鐵蓄積量將分別于本世紀(jì)前半葉和本世紀(jì)內(nèi)達(dá)到10噸。
手塚宏之認(rèn)為，到2100年，全球粗鋼產(chǎn)量將達(dá)到37.9億噸，生鐵產(chǎn)量將達(dá)到12億噸，廢鋼鐵利用量將達(dá)到29.7億噸，鋼鐵蓄積量將達(dá)到1118億噸，人均鋼鐵蓄積量將為10噸。
大力推進(jìn)革新及超革新技術(shù)研發(fā)
在交流會(huì)上，手塚宏之設(shè)想了未來日本鋼鐵業(yè)技術(shù)發(fā)展的4種情景，并對(duì)這4種情景會(huì)產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測。
情景一是繼續(xù)按照現(xiàn)有模式進(jìn)行煉鐵和使用廢鋼資源。在這種情況下，噸鋼能耗不會(huì)發(fā)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(huì)增加。
情景二是日本計(jì)劃將已有的尖端節(jié)能技術(shù)（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(fā)布的《2014能源技術(shù)展望》（ETP2014）中削減21%能耗的目標(biāo)有望在2050年前實(shí)現(xiàn)。
情景三是日本現(xiàn)在正在開發(fā)的革新技術(shù)如COURSE50（創(chuàng)新煉鐵工藝技術(shù)）等技術(shù)將在2030年后、2050年前得到最大程度的應(yīng)用。
情景四是根據(jù)日本鐵鋼聯(lián)盟提出的應(yīng)對(duì)氣候變暖長期策略，日本將從2030年開始，以“3個(gè)環(huán)保”（環(huán)保工藝、環(huán)保產(chǎn)品、環(huán)保解決方案）為基礎(chǔ)，推動(dòng)超革新技術(shù)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(shù)的開發(fā)，最終在2100年實(shí)現(xiàn)“零碳鋼”的目標(biāo)。
手塚宏之介紹了COURSE50項(xiàng)目、鐵焦技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目等革新技術(shù)和超革新技術(shù)。他指出，COURSE50技術(shù)能有效開發(fā)利用焦?fàn)t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(shù)將在2030年左右實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
氫還原煉鐵的化學(xué)方程式為：
2O3+ 3/2H2+ 48kJ →Fe + 3/2H2O
氫還原煉鐵每生產(chǎn)1噸生鐵所需要的氫氣量為：還原所需氫氣（601標(biāo)準(zhǔn)立方米）、吸熱反應(yīng)過程所需氫氣（67標(biāo)準(zhǔn)立方米）、將鐵水加熱到1600℃所需氫氣（85標(biāo)準(zhǔn)立方米），共753標(biāo)準(zhǔn)立方米/噸(理論值)，若假設(shè)利用率為75%，實(shí)際上需要的氫氣量約為1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/噸。
到2100年，全球12億噸生鐵生產(chǎn)所需的氫氣量約為1.2兆標(biāo)準(zhǔn)立方米，如果制氫的電力單耗為4.5千瓦時(shí)/標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣，則需要5.4兆千瓦時(shí)的電力。
COURSE50項(xiàng)目還能實(shí)現(xiàn)二氧化碳的回收。該項(xiàng)目利用鋼鐵廠內(nèi)未加利用的低溫廢熱實(shí)現(xiàn)高爐氣體中二氧化碳的分離，然后再對(duì)其進(jìn)行回收。2008年~2017年，日本使用規(guī)模約為實(shí)際高爐1/400的試驗(yàn)高爐研究開發(fā)氫還原鐵礦石及從高爐氣體中分離回收二氧化碳的技術(shù)，并將兩項(xiàng)技術(shù)合并實(shí)施。2018年，日本大力推動(dòng)綜合技術(shù)開發(fā)，旨在到2030年左右實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，在2050年左右實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的普及推廣。
鐵焦技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目通過有效利用低品位的煤和鐵礦石，生產(chǎn)作為高爐煉鐵原料的鐵焦，提高高爐內(nèi)的還原反應(yīng)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(jié)能效果達(dá)到10%。
田中良佑介紹，目前日本正在建設(shè)中型規(guī)模鐵焦生產(chǎn)設(shè)備（產(chǎn)能為300噸/日）。從2020年起，日本將利用中型規(guī)模鐵焦生產(chǎn)設(shè)備對(duì)該技術(shù)進(jìn)行中試，并驗(yàn)證在大型高爐長期使用鐵焦進(jìn)行生產(chǎn)的實(shí)際效果，力爭在2030年左右引入5座鐵焦生產(chǎn)設(shè)備。
《中國冶金報(bào)》（2019年11月15日 02版二版）
