Новая адаптация существующих доменных печей может сократить выбросы при производстве стали на 88%; закрыто

Исследователи из Университета Бирмингема разработали новую адаптацию существующих доменных печей, которая может сократить выбросы CO2 в сталелитейной промышленности почти на 90%. Это сокращение достигается за счет замкнутой системы переработки углерода, которая могла бы заменить 90% кокса, обычно используемого в современных системах доменной печи с кислородно-конвертерными печами, и производить кислород в качестве побочного продукта.

Система, разработанная профессором Юлонгом Дином и доктором Харриет Килдал из Школы химического машиностроения Бирмингемского университета, подробно описана в статье с открытым доступом, опубликованной в журнале «Чистое производство». Если эта система будет внедрена только в Великобритании, она может обеспечить экономию средств в размере 1,28 миллиарда фунтов стерлингов за 5 лет, одновременно сокращая общие выбросы в Великобритании на 2,9%.

Здесь мы представляем исследование основных принципов отраслевой связи между циклом термохимического разделения диоксида углерода (CO2) и существующим производством стали в доменной печи и кислородно-конвертерной печи (BF-BOF) для экономически эффективной декарбонизации. Двойной перовскит Ba2Ca0,66Nb0,34FeO6 предлагается для термохимического расщепления CO2, он является жизнеспособным кандидатом из-за его низких температур реакции, высоких выходов монооксида углерода (CO) и 100% селективности по отношению к CO.

CO, полученный в цикле TC, заменяет дорогостоящий металлургический кокс при восстановлении железной руды до металлического железа в доменной печи (ДП). CO2, производимый доменной печью, используется в цикле TC для производства большего количества CO, создавая тем самым замкнутый углеродный цикл, позволяющий отделить производство стали от выбросов парниковых газов.

Технико-экономический анализ внедрения этой системы на доменных конвертерах Великобритании может сократить выбросы сталелитейной отрасли на 88%, одновременно повысив конкурентоспособность сталелитейной отрасли Великобритании на мировом рынке за счет снижения затрат.

Система TC-BF-BOF с массовыми потоками, необходимая для производства 1 тонны жидкой стали. Килдал и др.

Текущие предложения по декарбонизации сталелитейного сектора основаны на поэтапном выводе из эксплуатации существующих заводов и внедрении электродуговых печей, работающих на возобновляемой электроэнергии. Однако строительство электросталеплавильного завода может стоить более 1 миллиарда фунтов стерлингов, что делает этот переход экономически нецелесообразным в период, оставшийся для выполнения Парижского климатического соглашения. Система, которую мы предлагаем, может быть модернизирована на существующих предприятиях, что снижает риск остановленных активов, а сокращение выбросов CO2 и экономия затрат видны сразу.

Большая часть стали в мире производится с помощью доменных печей, которые производят железо из железной руды, и кислородных печей, которые превращают это железо в сталь.

Этот процесс по своей сути является углеродоемким: в нем используется металлургический кокс, полученный путем деструктивной перегонки угля в коксовой печи, который вступает в реакцию с кислородом горячего дутья с образованием монооксида углерода. Он реагирует с железной рудой в печи с образованием CO2. Колошниковый газ из печи содержит в основном азот, CO и CO2, который сжигается для повышения температуры дутья до 1200–1350 °C в горячей печи перед подачей в печь, вместе с CO2 и N2 (также содержащими NOx). выбрасывается в окружающую среду.

Новая система рециркуляции улавливает CO2 из колошникового газа и превращает его в CO с помощью кристаллической минеральной решетки перовскита. Материал был выбран потому, что реакции протекают в диапазоне температур (700–800 °C), которые можно использовать для питания возобновляемыми источниками энергии и/или генерировать с помощью теплообменников, подключенных к доменным печам.

При высокой концентрации CO2 перовскит расщепляет CO2 на кислород, который поглощается решеткой, и CO, который подается обратно в доменную печь. Перовскит можно восстановить до его первоначальной формы в результате химической реакции, которая происходит в среде с низким содержанием кислорода. Произведенный кислород может быть использован в кислородной печи для производства стали.

Производство черной металлургии является крупнейшим источником выбросов CO2 среди всех основных промышленных секторов, на его долю приходится 9% мировых выбросов. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), оно должно добиться сокращения выбросов на 90% к 2050 году, чтобы ограничить глобальное потепление 1,5°C.