為減少CO2排放，日本政府正在積極推進(jìn)COURSE50項(xiàng)目。所謂COURSE50項(xiàng)目就是通過采用創(chuàng)新技術(shù)減少CO2排放和分離、回收CO2，在2050年實(shí)現(xiàn)美麗星球項(xiàng)目的簡稱。50指目標(biāo)年的2050年。

爐頂煤氣循環(huán)利用和氫氣利用的工藝由對焦?fàn)t煤氣中的甲烷進(jìn)行水蒸氣改質(zhì)，使氫增量并利用這種氫進(jìn)行還原的方法和從高爐爐頂煤氣中分離CO2再將爐頂煤氣循環(huán)利用于高爐的工藝構(gòu)成。在利用氫時(shí)由于制氫需要消耗很多的能源，因此總的工藝評價(jià)產(chǎn)生了問題，但該工藝能通過利用焦?fàn)t煤氣的顯熱來補(bǔ)充水蒸氣改質(zhì)所需的熱能。計(jì)算結(jié)果表明，由于CO2的分離、固定和氫的利用，高爐煉鐵可減少CO2排放30%。氫還原的優(yōu)點(diǎn)是還原速度快。但由于氫還原是吸熱反應(yīng)，與CO還原不同，因此必須注意氫還原擴(kuò)大時(shí)高爐上部的熱平衡。根據(jù)理查德圖對從風(fēng)口噴吹氫時(shí)的熱平衡進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果可知，當(dāng)從風(fēng)口噴吹的氫的還原率比普通操作倍增時(shí)，由于氫還原的吸熱反應(yīng)和風(fēng)口回旋區(qū)溫度保障需要而要求富氧鼓風(fēng)的影響，高爐上部氣體的供給熱能和固體側(cè)所需的熱能沒有多余，接近熱能移動的操作極限，因此難以大量利用氫。如果高爐具備還原氣體的制造功能，并能使用天然氣或焦?fàn)t煤氣等氫系氣體，那么利用氣體中的C成分就能達(dá)到熱平衡，還能分享到氫還原的好處。在各種氣體中，天然氣是最好的氣體。在一面從外部補(bǔ)充熱能，一面制氫的工藝研究中還包含了優(yōu)化噴吹量和優(yōu)化噴吹位置等課題。

如上所述，高爐內(nèi)的還原可分為CO氣體間接還原、氫還原和直接還原，根據(jù)其還原的分配比可以明確還原平衡控制、爐頂煤氣循環(huán)或氫還原強(qiáng)化的方向。根據(jù)模型計(jì)算可知，在普通高爐基本條件下，CO間接還原為62%、氫還原為11%、直接還原為27%。

在氧氣高爐的基礎(chǔ)上對爐頂煤氣進(jìn)行CO2分離，由此可提高返回高爐內(nèi)的CO氣體的還原能力，此時(shí)雖然CO氣體的還原能力會因循環(huán)氣體量分配的不同而不同，但CO還原會提高到大約80%，直接還原會下降到10%以下。根據(jù)噴吹的氫系氣體如COG、天然氣和氫計(jì)算結(jié)果可知，在氫還原加強(qiáng)的情況下會交替出現(xiàn)氫還原增加、直接還原下降的情況。另一方面，CO系循環(huán)氣體產(chǎn)生的上下運(yùn)動會使輸入碳減少，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的目標(biāo)。另外，當(dāng)還原氣體都是從爐身部吹入時(shí)，其在爐內(nèi)的浸透和擴(kuò)散會影響到還原效果。根據(jù)模型計(jì)算可知，氣體的滲透受動量平衡的控制。在噴吹與風(fēng)口產(chǎn)生的以CO為主的氣體不同的異質(zhì)氣體氫氣時(shí)，其斷面方向的混合擴(kuò)散對徑向礦石層的還原有很大的影響。采用CH4對CO2進(jìn)行改質(zhì)，并以爐頂煤氣中的CO2作為改質(zhì)源，還原氣體的性狀不會偏向氫。

從總的CO2產(chǎn)生量最小化的觀點(diǎn)來看，在爐頂煤氣循環(huán)和氧氣高爐的基礎(chǔ)上，還要考慮噴吹還原氣體時(shí)的工藝優(yōu)化。在2050年實(shí)現(xiàn)COURSE50項(xiàng)目后，為追求新的煉鐵工藝，還必須對熱風(fēng)高爐的基礎(chǔ)概念做進(jìn)一步的研究。（青山）