钢铁副产品还能这样用

———新日铁住金工艺创新和资源利用

　　为了实现钢铁工业和全社会的可持续发展，日本新日铁住金对以环保为基础的技术研发十分重视。在其核心的炼铁工艺创新方面，新日铁住金近年瞄准铁矿、煤炭等炼铁原料的劣质化改质和提高生产效率积极进行了新工艺技术的研发。在减排CO2方面，新日铁住金以30年实用化为目标，在钢铁行业实现环境友好型炼铁工艺的研发方面也有初步成果。
　　以“炼铁环境科学化”的研发方针为基础， 
新日铁住金对触媒化学、环境化学、生物化学和煤炭科学等炼铁工艺研究所培育的要素技术进行了研究，并十分重视生产工序产生的副产品（煤气、渣和废水等）有效回收利用技术的开发应用。同时，他们对改质技术、能源转换技术和炼铁资源的最大化利用，以及涉及环境风险管理、零废物和保护生物多样性等领域的技术集成采取了积极的措施，并取得了较好成果。目前，该公司生产过程中部分副产物已经实现了再利用、有价化和无害化。

　　劣质煤“逆袭” 焦炉煤气“受控”

　　为应对优质焦炭用强黏煤的价格高涨和供应量的减少，新日铁住金在基于煤炭分子结构解析的改质研究和原料事前处理工艺开发经验的基础上，从1994年开始的10年间，经过非微黏煤利用技术（国家项目）的开发，终于成功研究出改善煤的黏结性以提高焦炭强度的技术。2008年，新日铁住金在大分厂按下一代炼焦技术Scope21建成100万吨/年的焦炉，非微黏煤配比由过去的20%提高到50%，并因生产效率的提高而使工序能耗降低40%，折合CO2年减排量40万吨。
　　当2006年铁焦炉施工时，负责250℃高温煤输送工序中防尘对策的装备工程部焦化设备技术人员山冈圭表示：“按Scope21技术，对装炉前的煤需要快速加热以提高其黏结性，但煤炭升温后易产生粉尘，从而使高温煤到装煤车、从装煤车到装炉时的防尘成为难题。另外，当煤装入焦炉时，煤的热分解气（焦炉煤气）的发生量多，控制发生气的平衡而使炉内压力稳定也是需要考虑的问题。”新日铁住金大分厂通过反复实炉试验，终于通过受煤和装入方式的最佳化等措施达到了压力稳定化，从而解决了上述难题。
　　其后，在2013年投产2号上述焦炉设备（在名古屋厂）时，新日铁住金确立控制煤气压力变动的方法成为需要攻克的另一个难题。山冈圭认为：“以1号炉所得的经验为基础，对控制焦炉煤气变动的设备进行结构探讨设计时，通过炉内条件压力变动的模拟就可以找出控制煤气压力稳定化的方法。今后将通过试运转和可靠的技术开发以保证新焦炉顺利投产，同时努力收集世界上该领域的新动向，以便进一步完善高效、节能的炼焦新工艺。”

　　二氧化碳的禁锢与回收

　　新日铁住金以炼铁工艺减排CO2和分离回收CO2为目标，参与了新能源产业技术综合开发机构（NEDO）主持下的研发项目（COURSE50）。其主要内容是：将含氢浓度提高的焦炉煤气（COG，Coke Oven Gas）喷入高炉作为还原剂以减排CO2，以及从高炉煤气中分离回收CO2。前者的关键是将COG中的焦油改质为H2和CH4，并加大触媒（含Ni金属氧化物，含H2量增加所用）的开发力度。
　　2011年，触媒研究者中屋宪治就研究目标发表了如下看法：在COG中所含焦油成分的触媒改质技术方面，由于焦油自身属于不容易经过碳化转换为氢的物质，加上焦油含有较多以硫化氢为主的对触媒功能起副作用的成分，防止焦油中析出的碳将触媒闭塞，以及减轻硫化氢对触媒的劣化成为重要课题。在碳素析出的对策方面，新日铁住金正在开发对触媒进行物理性振动以防止闭塞的技术；在应对硫化氢方面，已开发成功触媒成分设计最佳化以抑制劣化的技术，可使焦炉煤气的成分（含焦油）由改质前的“氢气55%+甲烷28%+一氧化碳6%+其他11%”变为改质后的“氢气67%+甲烷18%+一氧化碳8%+其他7%”。
　　新日铁住金君津厂使用设备进行了试验。试验结果表明：不同产地的煤生产出的气体成分各异，通过调整蒸汽产生的水分量以降低碳的析出量等措施以保证触媒反应条件的最佳化。焦油中氢和碳化氢的改质是由吸热反应引起的，因而焦炉煤气显热用于此处具有重大意义。纯度提高后的氢也可以作为能源用于燃料电池等领域。由于该开发项目历时长，高纯度焦炉煤气的扩大利用也引起了人们的重视。目前，君津厂已经建成小型高炉计划开展工业化试验，成功后将为钢铁厂减排CO2作出贡献。
　　另外，新日铁住金从高炉煤气中分离回收CO2的第一阶段基础实验已经基本完成，下一步将转入工试和寻求合理的贮存方式。海外已经实施的是贮存于地下、海地或注入正在开发的油井等方法。CO2注入油井中还可以提高石油的采收率。

　　钢渣“海地造林”改善环境

　　新日铁住金也致力于其他副产物的利用开发，如将转炉钢渣和废木屑发酵后的腐植土混合造块后沉入近海，供昆布和海藻类附在其上吸收其中的铁分而快速成长，以改善近海生态环境。同时，这些动植物还24小时不间断地吸收CO2，故称之为“海地造林”。这种保全生物多样性和减排CO2的措施已经在日本20多处近海实施，效果较好。
　　为了更加深入地了解钢渣的有用性和安全性，2009年新日铁住金设置了模拟海域的试验池，用来验证钢渣对藻类施肥助长的效果。新日铁住金先端技术研究所的小杉知佳对此指出：“部分海洋生物生长异常主要是缺乏铁、磷和氢等营养源，如将含有海中易溶铁（主要为腐植酸铁）的钢渣等沉入海底，将有利于他们吸收铁后改善生存状态。”目前，新日铁住金已经从实验水池转入到近海实验。