Редкая идея декарбонизации, которая выглядит так же хорошо для бизнеса, как и для планеты. Эта система обещает радикально сократить выбросы углекислого газа на 70% сталелитейных заводов, при этом получая прибыль и используя существующие доменные печи.
Железо и сталь составляют структурную основу современной жизни, но на их долю приходится около 8% глобальных выбросов углерода, что делает их крупнейшим источником промышленных парниковых газов.
Путь к 100% чистому будущему достаточно ясен; откажитесь от доменных печей и восстановителей коксового обожженного угля и замените их электродуговыми печами, работающими на экологически чистой энергии, и экологически чистыми водородными восстановителями. Останется сырая сталь с водой в качестве единственного побочного продукта.
Вот в чем проблема: сейчас человечество производит где-то около двух миллиардов тонн стали в год во всем мире, Это колоссальная отрасль с огромным количеством активов, объектов и оборудования, уже полностью функционирующих и построенных на века.
Исследователи говорят, что с помощью термохимического окислительно-восстановительного процесса можно сохранить существующие активы доменной печи, сократить выбросы и сэкономить деньги.
Переход на электродуговую печь — нетривиальное занятие; по данным второго по величине производителя стали в мире, такой переход стоит от 1,1 до 1,7 миллиарда долларов США , не включая расходы, связанные с вашими активами доменной печи. Зеленый водород еще недоступен в необходимых масштабах, и, таким образом, себестоимость производства зеленой стали на 60% выше, чем обычного материала.
Таким образом, сталь для доменных/конвертерных печей (BF-BOF) будет существовать еще несколько десятилетий, и именно поэтому эта новая система модернизации, разработанная Бирмингемским университетом, может стать одним из самых важных достижений года в области экологически чистых технологий.
В двух словах, процесс заменяет около 90% кокса, используемого в доменной печи, с непосредственным впрыском моноксида углерода. Угарный газ поступает из системы, которая улавливает и рециркулирует собственный выхлопной «колошниковый газ» печи, отделяя при высоких температурах угарный газ, двуокись углерода, водород и газообразный азот. Эти газы затем направляются через окислительно-восстановительную систему с двумя реакторами, которая удерживает углерод внутри замкнутого контура.
Двуокись углерода подвергается термохимическому окислению в одной камере реактора с использованием двойного перовскита (Ba 2 Ca 0,66 Nb 0,34 FeO 6 , или для краткости BCNF1), который превращает его в окись углерода при температуре около 800 °C (1472 °C). F) со скоростью около 10,1% за каждый проход, захватывая атомы кислорода из молекул углекислого газа и используя их для заполнения кубической кристаллической структуры BCNF1.
Массовые потоки в системе производства стали BF-BOF с термохимической окислительно-восстановительной системой
Тем временем азот и небольшое количество водорода из колошникового газа поступают во второй реактор BCNF1 для процесса термохимического восстановления при 700 ° C (1292 ° F), в результате которого из структуры BCNF1 высвобождается чистый кислород. Этот кислород питает основную кислородную печь, которая превращает горячий металл из доменной печи в жидкую сталь, при этом остается лишний кислород, который можно продать. Отходящий газ из основной кислородной печи возвращается прямо в газосепаратор.
Примерно каждые 24 часа структуры BCNF1 в камерах восстановления и окисления начинают снижать скорость своей реакции, высвобождая или сохраняя слишком много атомов кислорода соответственно. Затем оператор сталелитейного завода просто переключает потоки газа, входящие и выходящие из этих двух реакторов, используя перовскит в бесконечном термохимическом окислительно-восстановительном цикле, чтобы поддерживать эффективное протекание этих реакций.
Эта система очень эффективно перерабатывает как углерод, так и тепло. Но удаление большей части кокса и перепрофилирование выхлопных газов, которые обычно сжигаются, отнимает много энергии, обычно используемой для работы сталелитейного завода. Эта система требует около 306 кВтч дополнительной электроэнергии на тонну произведенной жидкой стали.
«Если электроэнергия, необходимая для питания электронагревателей и газовых сепараторов, закупается из возобновляемых источников, это не увеличит выбросы TC-BF-BOF», — говорится в исследовании команды из Бирмингема, только что опубликованном в Journal of Cleaner Production . «Стоимость этой электроэнергии плюс электроэнергия, необходимая для питания газовых сепараторов, превышает экономию от замены кокса в системе».
Потоки энергии в системе производства стали BF-BOF с термохимической окислительно-восстановительной системой
Действительно, команда из Бирмингема говорит, что модернизация этой термохимической окислительно-восстановительной системы для существующих сталеплавильных заводов BF-BOF должна значительно удешевить производство стали. Взяв в качестве примера предприятие British Steel (BS) в Сканторпе, команда подсчитала, что BS потребуется 10 таких переключаемых окислительно-восстановительных реакторов, каждый около 15 м (49 футов) в высоту и 9,5 м (31 фут) в диаметре, по цене около 359 миллионов фунтов стерлингов (445 миллионов долларов США).
Но компания сэкономит 187 миллионов фунтов стерлингов (232 миллиона долларов США) в год на своем бюджете на кокс — цифра, которая произвела бы впечатление на Роберта Дауни-младшего конца 1990-х годов — и будет получать около 13 миллионов фунтов стерлингов (16 миллионов долларов США) в год в виде избыточных продаж. чистого кислорода. По оценкам отчета, всего через пять лет баланс BS будет примерно на 640 миллионов фунтов стерлингов (740 миллионов долларов США) лучше. Материал BCNF1 необходимо будет заменять каждые пять-десять лет, что обойдется примерно в 200 миллионов фунтов стерлингов (248 миллионов долларов США).
Если эти цифры подтвердятся, то для любого сталелитейного предприятия, имеющего доменный конвертер, это будет несложно по экономическим соображениям.
Посмотрите короткое видео-объяснение ниже.
Исследование находится в открытом доступе в Journal of Cleaner Production.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com