综述：钢铁制造脱碳之路：基于生物质合成气的直接还原铁技术综述

这篇综述深入探讨了生物质合成气（CO/H2）在直接还原铁（DRI）生产中的应用潜力，系统分析了其热力学特性、技术挑战（如硫/磷杂质、N2稀释效应）及商业化路径（MIDREX/HYL工艺），为钢铁行业实现碳中和提供了关键见解。

　　

钢铁工业作为全球CO₂排放的主要来源之一，正面临迫切的脱碳需求。传统高炉（BF）工艺依赖焦炭，而直接还原铁（DRI）技术通过生物质合成气（富含H₂和CO）在低温下还原铁矿石，可显著降低碳排放。

生物质合成气的生产与特性

生物质气化产生的合成气组成因原料和工艺差异显著。例如，松木气化产生13.89% CO和6.03% H₂，而农业废弃物如玉米芯可生成22.6% CO和17.3% H₂。热力学分析表明，CO在1088 K以下还原效率更高，而H₂在高温下更具优势。

DRI生产中的技术挑战

硫和磷杂质是主要问题：H₂S浓度需低于100 ppm以避免FeS形成，而生物质灰分中的P₂O₅可能导致铁脆化。此外，N₂稀释效应会降低还原效率，需通过空分单元控制。

商业化工艺对比

MIDREX和HYL/Energiron是主流DRI技术，但当前均以天然气为原料。生物质合成气的整合面临气体净化（如焦油去除）、系统适配等挑战。模拟显示，H₂/CO比1-5、温度1273 K以上时可实现碳含量<2%的优质DRI。

未来展望

尽管生物质DRI在实验室规模已实现>99%金属化率，但规模化仍需解决原料稳定性、成本及碳沉积问题。与氢基DRI工艺的竞争也推动技术创新，如结合碳捕集（CCS）实现负排放。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持内容）