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致力氢还原炼铁和CCUS技术商业化

2023-07-31 17:00:29

来源:世界金属导报

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前言

在全球净零排放(NZE)的场景下,预计到2050年全球钢铁产量将达到约20亿t,比现在增加12%左右,随着脱碳技术的开发及商业化,二氧化碳排放量将从目前的约24亿t减少到2.2亿t。预计电炉、氢还原炼铁、碳捕集利用储存 (CCUS)等工艺将在脱碳路径中发挥重要作用。预计氢还原炼铁工艺从2040年代开始迅速扩大,到2050年将占全球钢铁冶炼生产的30%左右。

另一方面,到2050年传统的高炉、转炉设备也将持续运行,为实现净零排放,将继续推广CCUS技术的应用。为了将全球升温幅度限制在1.5℃以下,浦项控股集团以设定的2050碳中和路线图为基础,正在不断细化和加速实施碳减排计划。从长期来看,公司正致力于氢还原炼铁和CCUS技术商业化,中短期则积极投资兴建电炉和海外HBI(热压铁)生产工厂。通过实质性和领先的碳减排投资,切实满足客户对低碳产品的需求,确保公司未来竞争力。



1低碳技术研发

2022年10月,浦项控股集团(简称浦项)与欧洲氢还原炼铁先导企业瑞典钢铁公司(SSAB)共同举办了氢还原炼铁国际论坛“HyIS 2022(氢钢铁论坛)”,引领全球合作。另外,浦项为了开发氢还原炼铁技术,根据氢流动还原炉工艺设计的基础研究结果,提出了可以熔化低品位DRI的氢还原铁熔化用电炉概念,并开展了氢还原炼铁工艺的前期设计研究。2023年氢还原炼铁商业工程基础研究项目通过了韩国产业通商资源部主管的国策项目初步可行性调查,技术开发研究将于同年7月启动。与此同时,利用FINEX副产煤气制备棕色氢气,确认了制备高纯度氢气的可能性;为了提高制氢效率及降低制造成本,正在进行技术开发。此外,为了开发高炉低碳技术,在高炉中采用了天然气喷吹技术,完成了顶底复吹转炉技术(铁水比70%)的验证。

2 碳管理体系

浦项以“2050碳中和路线图”为基础,制定了2030年之前的年度温室气体减排目标,继续致力于整个企业范围内的减排工作。2006年开始建立温室气体管理系统,对各经营场所、设施进行系统化的温室气体排放量管理;在韩国实施排放权交易制之前,通过改善系统数据的匹配性,在排放量的测定、报告和验证过程中,提高了透明度和可靠性。此外,还计划建立欧盟出口钢铁产品的碳排放估算体系,并考虑财务影响,以有效管理碳排放成本,积极应对欧盟碳边境调节机制的实施。

3 温室气体排放

2022年浦项温室气体排放量为7018万吨,相比2050碳中和路线图基准年度(2017-2019年平均值)的7880万吨减少10.9%。受台风“轩岚诺”的影响,浦项钢铁厂粗钢产量为3420万吨,相比基准年度的3760万吨减少9.0%,通过低铁水比操作技术,同时扩大废钢、球团矿等低碳原料的使用比例,2022年吨钢温室气体的排放量为2.05t(表1),相比基准年度的2.09t下降2.1%。


4 环境投资

浦项为改善环境,减少大气污染物排放及扩大副产品回收利用等,不断加强环境投资(表2)。2017-2022年累计投入了18103亿韩元,相继引进了烟囱自动测定设备(TMS)、炼钢集尘器、氮氧化物减排设备等,计划2023-2025年将追加约16001亿韩元的环保设备投资。根据《环境污染设施综合管理法》,今后还将持续进行环境投资,在遵守环境法规的同时,努力提高钢铁厂内外环境管理水平。


5 环境经营

2022年浦项环境经营数据见表3。

5.1 大气

浦项遵循大气污染物排放总量限制、雾霾季节管理制等多种环境监管法规,并开展各种活动改善大气环境,有效遏制雾霾产生。该公司将大气污染物排放总量列为关键绩效指标,对目标和详细规划落实情况进行系统化管理。从排放浓度的角度来看,为了稳定管理,该公司内部管理标准比法定允许标准提高80%,由此对排放浓度进行管理。此外,2019年与韩国环境部签署了自愿协议,旨在减少雾霾高浓度时期(12月-3月)的雾霾产生。为达到合规性和目标,进行了大气环境相关投资,包括新设烟气脱硝(SCR、SNCR)等大气污染防治设备、改善现有防治设备、更换旧设施,由此降低排放量。2022年钢铁厂高炉全部安装了“集尘排气阀”,可以在高炉设备维修作业等情况下减少污染物排放。为实现可持续环境经营,浦项致力于减少钢铁厂的扬尘,在开放式料场,综合考虑到原燃料特性、运营效率等因素,推行料场密闭化,同时在密闭化改造完成之前,采取了覆布、洒水等措施。此外,为了阻断设备运营过程中可能出现的扬尘,在浦项旗下两大钢铁厂共设有1500多个集尘器。

5.2 水资源

为了实现未来可持续经营,厂区内水资源管理就是重要的项目,浦项通过优化用水管理及扩大再利用等,努力将缺水风险最小化。同时严格控制出水水质,尽量减少对钢铁厂周边海域的环境影响。首先,为了减少地表水、地下水用量,浦项钢铁厂从2015年开始参与浦项市污水处理再利用项目,每天约8万吨污水经过处理后被用作工业用水;由于全罗南道地区持续的干旱,缺水情况加剧,荣山江流域环境厅等部门要求节约用水,故而光阳钢铁厂在东海岸地区设置海水淡化设施(3万吨/日)生产淡化水,用以代替现有的水源采水。基于前期的努力,2022年浦项旗下两大钢铁厂均采用了替代用水,使用量相当于地表用水的30%,为消除地区社会缺水风险作出了贡献。另外,考虑到联合钢铁厂的特性,用水量巨大是不可避免的,通过对其进行回收再利用,可以有效减少使用量。轧制工序产生的低浓度氯离子废水通过单独管道输送到水处理设施处理后进行循环再利用。另外,冷却水和雨水、料场积水、道路洒水一道收集处理后进行回收再利用。净化后分为淡水和净水,供应到各个工序。通过独立的排水系统收集废水、污水、冷却水, 之后经过物理/化学处理(第1次)和生物处理(第2次)等工艺,在废水终端处理设施中进行最终处理,最后排放到外部海域。为了最大限度地减少环境影响,最终出水中的BOD、COD、T-N等主要污染物的排放浓度相当于法规标准的20%-80%。另外,从2016年开始接受CDP水信息披露项目的评价,分析水相关问题对业务的影响,以及风险和机会的信息,并及时提供给客户。

5.3 化学物质

浦项根据持续收紧的韩国化学物质管理标准,系统地管理化学物质。根据《化学品登记与评价等相关法律》的制定,2018年开始对4种制造和进口的化学品进行登记,根据后期修订的法律,2019年6月提前申报了100多种制造和进口的化学品。对于法定期限为2021年为止、年处理量1000t以上的现有化学物质,在期限内完成了27种物质的登记;被指定为新化学物质的、作为UVCB(复合多成分物质)物质的高炉渣等7种将于2023年上半年进行登记。另外,处理量不足1000t的对象物质,将按照法定期限依次进行登记。

由于进口或使用、产生了多种化学物质,为了更加系统地管理化学物质处理现场,浦项从2016年开始运营监控系统,从化学物质入库阶段到使用阶段的流通过程进行监控;对于运输化学物质的车辆,借助位置追踪系统,在发生事故时能够立即掌握位置、将损失降到最低。此外,为了遵守日益收紧的化学物质处理设施标准,还设置了设施改善和泄漏感知系统,同时进行现场设备改善活动。

浦项还致力于提高化学事故的预防能力。根据2021年实施的化学事故预防管理计划书制度,为了确保有害化学物质处理设施的安全性,最大限度地减少事故损失,制定了紧急应对体系,以处理化学物质的职员为对象,通过集中和在线教育提升化学事故应对能力。设有钢铁厂下属的安全防灾小组,运营配备特殊防灾车辆和专业人员的安全防灾中心。通过每年1次以上的官民联合训练和随时进行的工厂自卫消防训练,不断提高化学事故早期应对能力。同时,还构建并运营了从合同初期阶段开始就可以系统地收集管理信息的MSDS(Material Safety Data Sheet)系统,包括为采购化学物质的供应商招标等,每个生产产品都会根据材料发放环境有害物质成绩表,并通过电子交易系统(E-Sales)向外部利益相关方提供。

6 环境风险管理

6.1 环境经营系统运行

以环境经营国际标准ISO 14001认证为基础,浦项正在积极构建环境经营体制,适用于钢铁厂区的环境管理。每年由环境部门主管,接受个别部门单位自身内部审查和外部专业认证机构的事后管理及再认证审查,相关考核结果报至最高管理层,并对环境战略和目标进行适当调整,确保高效的环境管理体制。在内部审查和合规评价时,利用环境管理体制和合规义务事项的检查表,提高客观性和一致性。

近来,浦项正在对现有环境管理系统POEMS进行改进,新近推出了环境管理系统“POEMS 3.0”。该系统具有大气、水质、副产品、土壤等不同介质的管理功能,以及环境许可、环境热点、环境成本等信息查询功能,能够更加系统地管理整个公司内部的环境数据。另外,为了有效实施钢铁厂环境管理,构建了移动环境监视系统,在现场检查时可以及时发现各类问题隐患。

6.2 环境监管

浦项设有24小时环境监管中心,强化监督,发现问题后,可以立即采取措施。包括钢铁厂周边的大气环境信息在内的主要污染物、有害物情况,通过地区环境信息公开电子屏幕随时透明地公开;积极参与地区社会、非政府组织、环境专家联合举办的“浦项市可持续发展协议会”和“光阳市可持续发展协议会”,将活动内容透明、详细地传达给利益相关方。钢铁厂生产过程中产生的大气污染物和水污染物通过TMS进行远程自动测定,实时传送给政府机关。特别是2021年在环境部的支持下以无线通信(LTE)方式成功开展了TMS数据传输示范业务,相关成果于2022年1月被纳入到《大气污染工程试验标准》。TMS无线网无需安装长距离电缆工程,可以大幅降低安全事故危险,易于维护管理,被评价为通过官民合作创新的优秀案例。

6.3 环境风险应对

考虑到急剧变化的市场条件和国内外环境法规的限制和焦点,浦项积极查明风险和机会因素,掌握对企业经营的影响,并对中长期业务及投资决策进行灵活调整。为应对国内外环境法规快速变化等引起的政策性风险,浦项持续开展相关法规和政策监测,查明潜在业务风险,积极参与相关讨论,预先应对。另外,在推进新业务时,充分掌握环境影响因素及环境影响评价,制定并实施影响最小化的方案。为了预防环境事故及违反环境法规,从环境主管部门的角度开展环境诊断,并向最高经营者报告诊断及改善结果。  

7 环境负荷率

为了持续改善环境,浦项将主要环境指标设定为环境部门和管理人员的关键绩效指标(KPI)进行管理。2022年通过钢铁厂烟囱向外排放的大气污染物(硫氧化物、氮氧化物、粉尘)排放总量为5.2万吨,通过持续减排活动,比上年下降16%左右。从长远来看,大气污染物的排放总量目标是到2030年为止,比2021年减少30%,降至4.3万吨。2022年副产品产生量和回收量分别为1911.7万吨和1878.7万吨,资源化率超过98%。从长远来看,目标是到2025年,副产品资源化率持续保持在98%以上。