CCER方法学系列1：钢铁工业气基竖炉直接还原炼铁技术解析

目前，我国钢铁行业炼钢产生的二氧化碳排放总量仅次于发电行业所产生的二氧化碳排放总量，占全国碳排放总量的15%左右，是制造业31个门类中碳排放量最大行业。放眼全球，钢铁碳排放量占全球能源系统排放量的7%左右，其中中国钢铁碳排放量占全球钢铁排放量超过60%。

国务院新闻办公室发布的《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书中，强调了我国正在加快构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系。其中“1”是《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，为我国的碳中和事业定下工作原则和主要目标，“N”是以《2030年前碳达峰行动方案》为首的确保在各重点领域制定实施减排方案减排计划。钢铁行业作为我国重要的基础工业，在实现碳达峰碳中和的过程中有着举足轻重的影响作用。CCER是我国核证自愿减排量，其中有关钢铁工业的减排方法我们将逐一展开介绍。

CCER方法学：气基竖炉还原炼铁

该方法学全称是：气基竖炉直接还原炼铁技术温室气体减排方法学。该方法学主要是将传统的高炉焦炭炼铁方法改为，使用天然气等还原气体混合铁矿石用竖炉炼铁。下图为传统的高炉煤炭炼铁方式。

图1 高炉焦炭炼铁过程

高炉生产流程：高炉作业是将铁矿石、焦炭及助熔剂由高炉顶部加入炉内，再由炉下部鼓风嘴 鼓入高温热风，产生还原气体，还原铁矿石，产生熔融铁水与熔渣之炼铁制程。传统的炼铁方式严重依赖于焦煤，冶金反应重复进行，焦化、烧结、高炉等铁前系统产生大量烟气、粉尘、温室气体排放及水污染，热效率低，能源浪费严重，对环境污染极高。为了减少焦炭高炉炼铁的繁杂过程，使用天然气等的气体作为能源的竖炉直接还原法蓬勃兴起。如下图所示，图中所示是米德莱克斯（Midrex）法。

图2 气基竖炉还原炼铁过程

气基竖炉直接还原法即用气体燃料为能源和还原剂，在天然矿石（粉）或人造团块呈固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法。该方法具有容积利用率高、热效率高、生产率高等优点而成为非焦煤冶金工艺的主流技术，并可制得高纯度的海绵铁。我国的核证自愿减排项目方法学中，将气基竖炉直接还原炼铁技术纳入国家温室气体自愿减排方法学，鼓励相关生产单位使用该方法学进行生产。

方法学适用条件

1. 在现有已有天然气（NG）、焦炉煤气（COG）、煤热解气等富甲烷气的条件下，以此为气源重整联产新建的气基竖炉直接还原工艺的项目活动，包含现有产能置换而新建的项目。

2. 新建煤焦化或煤热解项目，同时以此富含甲烷的焦炉煤气、热解气重整联产气基竖炉直接还原工艺的项目活动，包含现有产能置换而新建的项目。

3. 新建煤制气-气基竖炉直接还原炼铁工艺的项目活动，包含现有产能置换模式而新建的项目。

4. 新建天然气-气基竖炉直接还原炼铁工艺的项目活动，包含现有产能置换模式而新建的项目。

国际情况

放眼全球，直接还原铁工艺已经具有了广泛的应用，以2019年数据为例全球直接还原铁产量高达1.08亿吨，产量最高的国家是印度，占世界总产量的31.21%，其次是伊朗，占世界总产量的26.36%。这两个国家的还原铁产量都是千万吨级。目前，世界气基直接还原铁技术十分成熟，且主要以MIDREX和ENERGRON为主导。阿尔及利亚的一座Tosyali MIDREX工厂还原钢的年产就达到了250万吨，这样大型的还原炼钢厂是我国缺少的。我国目前还没有这种天然气基的竖炉炼钢工厂。虽然早在上世纪六十年代就开始进行相关研究，迄今我国的直接还原铁产能低年产量只有百万端吨级，而根据中国废钢铁应用协会估算我国直接还原铁年需求量应为千万吨级，因此我国急需发展直接还原铁技术，特别是气基直接还原铁技术。

国内现状

2020年12月，国内首台氢基竖炉正式投入生产。中晋冶金科技有限公司历经十年艰苦研发和技术整合，率先拥有了自主知识产权的CSDRI气基竖炉还原铁技术方案，破解了中国没有直接还原铁技术的困境。该氢基竖炉还原铁项目年产30万吨，并已经推出产品。

我国的钢铁厂可利用自产焦炉煤气和转炉煤气制备还原气，取代天然气用于直接还原炼铁，既可弥补我国天然气自愿不足、又填补了我国气基竖炉直接还原冶金的空白。且气基竖炉较传统钢铁厂的投入小，建设周期短，可制取优质海绵铁，适应性强，碳排放大大降低，是理想的碳中和战略下钢铁产业的转型升级方向。