معرفی پروژه STEPWISE؛ جداسازی و فرآوری گاز‌های خروجی فرآیند آهن‌سازی

به گزارش می‌متالز، برای جلوگیری از تغییرات آب‌وهوایی طولانی‌مدت، همان‌طور که در مذاکرات COP۲۱ مجدداً تأیید شد، هر بخش صنعتی باید به دنبال بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش ردپای کربن باشد. به همین دلیل صنعت آهن و فولاد، همراه با صنعت سیمان، به‌سختی در حال توسعه فناوری برای جلوگیری از انتشار دی اکسید کربن هستند. هدف پروژه STEPWISE کاهش انتشار دی‌اکسید کربن مربوط به فرآیند آهن و فولادسازی از حدود ۲ به ۰.۵ تن دی‌اکسید کربن بر تن فولاد با استفاده از حذف دی‌اکسید کربن از گاز کوره بلند است. به‌عبارت‌دیگر، فناوری توسعه‌یافته در پروژه STEPWISE پتانسیل کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در سراسر جهان را حداقل ۱.۵ گیگا تن در سال بر اساس سطوح فعلی انتشار صنعت فولاد دارد، با گزینه‌هایی برای همان فناوری در آینده که می‌تواند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را حتی بیشتر کاهش دهد. در نهایت هدف کلی، تضمین شغل در صنعت بسیار رقابتی فولاد اروپا است، بخشی که ۳۶۰ هزار نیروی ماهر را با گردش مالی سالانه ۱۷۰ میلیارد یورو استخدام می‌کند.

پروژه STEPWISE به‌عنوان یکی از زیرمجموعه‌های برنامه اروپایی H۲۰۲۰ LCE تعریف و اجرا شده است. این پروژه از برنامه تحقیق و نوآوری Horizon ۲۰۲۰ اتحادیه اروپا تحت موافقت‌نامه کمک مالی کمیسیون اروپایی کمک مالی دریافت کرده است. هدف این پروژه نمایش فناوری پیشرفته حذف دی‌اکسید کربن قبل از احتراق در چارچوب صنعت آهن و فولاد، با هدف کاهش ردپای دی‌اکسید کربن در تولید فولاد است. گاز کوره بلند کربن‌زدایی شده و سپس برای مصارف مختلف از جمله تولید برق در نظر گرفته می‌شود. حذف دی‌اکسید کربن با تکنولوژی پیشرفته با استفاده از جاذب‌های جامد احیا شونده انجام می‌شود. این فناوری، تبدیل مونوکسید کربن به دی‌اکسید کربن و هیدروژن را با واکنش آن با بخار از طریق فرآیند جابجایی آب-گاز، با جذب دی‌اکسید کربن روی یک جاذب جامد انتخابی در دمای بالا ترکیب می‌کند. این فرآیند یک جریان با فشار و داغ غنی از هیدروژن تولید می‌کند که برای تولید برق مناسب است. بازسازی جاذب جامد با استفاده از نوسان فشار منجر به یک محصول غنی از دی‌اکسید کربن می‌شود که برای حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی مناسب است.

در پروژه STEPWISE، پایلوت پلنت این فرآیند دارای مقیاس جذب و فرآوری ۱۴ تن دی‌اکسید کربن در روز است. این پایلوت پلنت در مرکز Swerim واقع در شهر Lulea در سوئد و توسط شرکت TNO طراحی و ساخته شده است (همان شرکت طراح و سازنده سیستم بازیافت گازکربنیک به متانول با نام FReSMe که قبلاً شرح داده شده است). پروژه فوق در چهار فاز به عناوین زیر تعریف و اجرا شده است: طراحی و ساخت پایلوت پلنت، تست و راه‌اندازی پایلوت پلنت، مدل‌سازی فنی و اقتصادی فرآیند بر اساس نتایج آزمایش‌های پایلوت، و نهایتاً افزایش مقیاس پایلوت برای کاربرد صنعتی. کنسرسیوم شرکای این پروژه ۹ شریک از ۵ کشور عضو را نمایندگی می‌کند، که شامل ارائه‌دهندگان فناوری، تولیدکنندگان جاذب‌ها و کاتالیزورها، شرکت‌های طراحی و مهندسی سیستم و یک کاربر نهایی صنعتی هستند. این پروژه توسط هماهنگ‌کننده پروژه به‌عنوان رئیس کمیته راهبری پروژه با نمایندگانی از هر یک از شرکای کاری و سازمان‌های شرکت‌کننده مدیریت خواهد شد. علاوه بر مدیریت پروژه، مدیریت ریسک بخشی جدایی‌ناپذیر از کل پروژه را تشکیل می‌دهد و از طریق مدیر ریسک هدایت می‌شود.

این پایلوت با فناوری تغییر گاز-آب با حلال (Solvent Enhanced Water Gas Shift یا به‌اختصار SEWGS) برای جذب دی‌اکسید کربن از یک جریان ورودی با دبی ۸۰۰ نیوتن مترمکعب در روز گاز کوره بلند که از کارخانه SSAB گرفته می‌شود طراحی و ساخته شده است. یک جاذب فیزیکی برای جذب دی‌اکسید کربن از گاز سنتز در طول فرآیند جابه‌جایی آب-گاز استفاده می‌شود که تعادل واکنش را تغییر و تولید هیدروژن را افزایش می‌دهد. در واقع هدف اصلی این پروژه افزایش مقیاس تکنولوژی فوق در ابعاد صنعتی است که دارای نرخ بالای جذب کربن، راندمان مصرف انرژی بالا و صرفه اقتصادی برای بهره‌برداری باشد. معمولاً محتوای انرژی گاز‌های باقی‌مانده (زائد) طی فرآیند‌های تولید آهن و فولاد در دو زمینه اصلی زیر استفاده می‌شود: گرمایش داخلی در کارخانه فولاد (حدود ۵۵ درصد) و تولید برق خارجی (حدود ۴۵ درصد).

با استفاده از فناوری STEWISE برای کربن‌زدایی از صنعت تولید برق، با یک فرآیند یکپارچه‌سازی ساده (simple integration)، شدت تولید کربن کل به حدود ۱.۲۶ تن دی‌اکسید کربن بر تن فولاد کاهش می‌یابد. اگر فرآیند فوق با روش اجرای تشدیدشده (intensified implementation)، یعنی کربن‌سازی عمیق در فرآیند‌های تولید داخلی و تولید برق به کار گرفته شود، منجر به تولید تنها ۰.۶ تن دی‌اکسید کربن بر تن فولاد می‌شود. با اجرای روش یکپارچه‌سازی ساده، حذف دی‌اکسید کربن با مصرف انرژی بیان شده تحت تعریف SPECCA به حدود ۱.۹۵ MJ/kgCO۲ و هزینه اجتناب از دی‌اکسید کربن به حدود ۳۲ €/ton به دست آمده است (SPECCA مخفف Specific Primary Energy per CO۲ Avoided است). روش یکپارچه‌سازی ساده، یک گزینه اجرایی اولیه برای کربن‌زدایی نیروگاه برق است که اجرای مسیر‌های کربن‌زدایی آینده را امکان‌پذیر می‌سازد تا بتوانند بعداً اجرا شوند.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین