钢铁工业减碳与CO
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资源化利用技术的研究进展
刘清梅
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，张福明
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(1. 首钢集团有限公司技术研究院， 北京 100043；2. 首钢集团有限公司， 北京 100041)
在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下，钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状，以及新型CO
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资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发，重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前，全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主，长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO
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排放量，阐述了减碳以及CO
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资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验，选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析，包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上，推进CO
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的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点，系统归纳了当前助力钢铁工业CO
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资源化利用的有效方法，包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO
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喷吹工艺，以及在钢化联合领域的CO
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制备基础化学品的研究，以及展现的工业成效。以整个钢铁产业链视角考虑，总结了日本、欧洲和中国在钢铁工业领域碳减排与再循环产业的重点规划和发展方向。
钢铁工业； CO
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减排； 循环减碳； 资源化利用； 技术发展规划
2020年9月，中国提出CO
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排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的“双碳”目标，整个社会的发展模式发生深刻变革，需要推动传统产业高端化、智能化、绿色化来实现全产业链优化升级，并塑造新的工业优势。钢铁工业作为国民经济的重要基础产业，是碳排放和能源消耗密集型产业。钢铁行业CO
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排放量占全球CO
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排放总量的5%~7%，如果将全球升温控制在比工业化前高2.0 ℃以内的水平，全球钢铁行业碳排放需下降约70%。
为了积极推进钢铁流程的碳减排，钢铁行业联合开展减碳项目。日本推出了结合气体分离和循环利用的COURSE50项目，实现碳减排约30%，欧洲推进ULCOS项目，实现碳减排约50%。在中国，宝武集团开展了富氢碳循环氧气高炉工业试验，河钢集团完成了焦炉煤气富氢直接还原竖炉一期工程，均取得了一定的减碳效果。
与此同时，一些新研究也集中在钢铁流程CO
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利用的新方法。19世纪70年代已经有钢铁企业探求在钢铁冶金流程内CO
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循环利用的方法，CO
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在炼钢温度下与钢液中［C］、［Si］、［Mn］等元素发生反应，并且具备强搅拌熔池的能力，将CO
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应用在转炉炼钢工艺可以提高生产效率和控制有害元素含量。
另一方面，部分钢铁企业正在推进CO
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资源化利用技术研究，德国蒂森克虏伯公司发起的“Carbon 2Chem”项目是将钢铁厂废气转化为化工产品，日本制铁株式会社(简称：日本制铁)以CO
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为原料生产对二甲苯等化工原料，中国首钢京唐公司、比利时根特工厂等开展钢铁厂含碳废气转化为乙醇等新应用的研究。
推进钢铁工业“碳中和”是一项需长期持续开展的系统工程，实现这一长远目标还需要更多的创新技术研究支撑。日本制铁提出2030—2050年的碳再利用技术路径，欧洲EUROFER路线图对2050年CO
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强度路径进行规划，中国发布《钢铁行业碳中和愿景和低碳技术路线图》，明确中国钢铁工业“双碳”技术路径是多种模式融合发展，助力钢铁工业“碳中和”目标的实现。本文主要介绍不同种类的钢铁流程碳排放情况和分析减碳的典型项目发展现状，重点研究分析钢铁工业CO
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资源化利用技术研究的阶段性进展，深入探讨钢铁工业碳减排、碳捕集与CO
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再利用产业的发展趋势，为钢铁生产过程的碳减排和CO
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资源再利用技术研究的创新提供参考借鉴。
1)在“双碳”目标下，钢铁工业实现碳达峰、碳中和需要积极推进低碳技术创新、技术突破和应用推广，钢铁企业减碳和CO
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资源化利用技术研究遵循现代钢铁制造流程功能拓展的方向，具有优良的发展潜力。
2)目前，钢铁工业的碳排放数量较大，主要来自于BF-BOF流程上游工序的排放。根据循环减碳的原则，日本COURSE50项目实现高炉减碳30%的目标，并且积极推进Super-COURSE50工艺技术开发。欧洲ULCOS项目的炉顶煤气再循环ULCOS-BF在LKAB试验高炉进行研究，方案实现减碳25%的目标。中国宝武富氢碳循环氧气高炉通过生产摸索，具备实现减碳30%的工艺技术能力，河钢富氢直接还原竖炉工程一期预计每年减少CO
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排放约80万t，对高炉CO
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减排有示范作用。
3)结合钢铁炼钢工序的冶金动力学条件，工业上已经将CO
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应用在大型转炉和精炼工序，结果表明转炉喷吹CO
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可以提高脱磷率和脱氮率，CO
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作为RH精炼的提升气具有良好的脱氢效果，并且钢中非金属夹杂物显著降低。这些结果为CO
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的流程内循环利用提供了创新支撑。
4)钢铁企业正在探讨CO
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在化工等领域的新应用，日本制铁开展CO
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化工制品基础材料研究，德国蒂森克虏伯实施了“Carbon 2Chem”计划，中国首钢京唐公司等钢铁厂将含碳废气转化为乙醇，都为CO
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跨产业应用奠定了基础。
5)钢铁领域将继续推进碳减排与新产业的发展，多国均制定了相应的技术路线规划，涵盖了高炉向低碳转型与多样化、利用CO
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生产高附加值产品、新流程工艺的应用等，现阶段的研究更多在试验阶段，但是接下来钢铁工业真正意义上的“碳中和”，必须依靠CCUS才能得以实现。
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