KMB - GASFERROSIL PhII - Use of Natural Gas in Ferroalloy and Si production and Ilmenite processing

Hovedmålsettingen for GASFERROSIL er å undersøke noen mulige anvendelser av Naturgass for produksjon av ferrolegeringer og beslektede produkter med et lavere energiforbruk og/eller CO2 utslipp enn i dag. Dette er et bidrag til oppfyllelsen av de miljømessige målsetningene myndighetene og industrien selv har satt seg: Norge som lavutslippssamfunn i 2050. Prosjektet vil om det lykkes være et viktig skritt i retning av en bærekraftig utvikling i samfunnet. Den første GasFerroSil søknad ble levert i oktober 2010, og prosjektet var beskrevet som fasedelt: Fase I (PhI: 2011-2012): Teknisk mulighetsstudium vedrørende sentrale deler av hele prosjektet for å skaffe bedre grunnlag for videreføring av prosjektets senere faser. Fase II (PhII: 2013-2017): Teoretiske og eksperimentelle studier, inkludert to PhD kandidater for å framskaffe kunnskapen som er nødvendig for eventuell implementering av storskala bruk av naturgass i ferrolegerings- og titaniaslagg-industrien. Partnere i prosjektet er FFF og det som den gang het Eramet Titanium and Iron (ETI), altså ilmenitt-smelteverket i Tyssedal. Selv om ETI for så vidt er med i FFF gjennom Eramet gikk inn de i dette prosjektet med direkte finansiering i størrelsesorden halvparten av en PhD i 4 år under forutsetning av start allerede i PhI. Eramet og det australske selskapet Mineral Deposits Limited (MDL) dannet 1. oktober 2011 selskapet TiZir hvor tanken bl. a. er at sand-ilmenitt fra MDLs prosjekt i Senegal ("Grande Côte Project" GCP) skal for-reduseres og smeltes i Tyssedal i tillegg til ilmenitt fra andre kilder. Ilmenittreduksjon med gass er følgelig av spesiell interesse for TiZir. Basert bl. a. på målinger utført av Stephen Lobo i GasFerroSil Fase I og II er det klart at dette med fordel kan gjøres med hydrogenrik gass. Utbyggingen ved TiZir i Tyssedal er ifølge vedtatt plan at et nytt smelteverk skal være på plass om ti år med tredoblet produksjon og knapt en tredjedel av dagens CO2-utslipp. Altså en «CO2-reduksjon» på ca. 90 % i forhold til om man hadde bygget ut med dagens kull-teknologi. Doktorgrad (PhD) er tildelt Stephen C. Lobo for arbeidet: "Experimental Investigations and Modelling of Solid-State Ilmenite Reduction with Hydrogen and Carbon Monoxide" og han har siden vært ansatt ved TiZir. PhII prosjektet er organisert i følgende tre arbeidspakker med ledere angitt: WP 1. Pre-reduction of mixed oxide materials using Natural Gas /Professor Leiv Kolbeinsen WP 2. Natural Gas as carbon source for reduction of MnO /Professor Merete Tangstad WP 3. Networking & Technology Transfer /Senior Adviser Eli Ringdalen, SINTEF. I tillegg kommer «Diverse utgifter» og «Administrasjon». I tillegg til den allerede nevnte doktorgrad er det utført 9 Masterprosjekter i forbindelse med GasFerroSil. Uten store endringer i prosessutstyr er det små muligheter for direkte bruk av naturgass i ferrolegerings-industrien (Mn- og Si-prosesser); mest sannsynlig er det helt nye anlegg som må til. Med betydelig prosessutvikling og dristig og kostbar investering i nyanlegg vil det være mulig å produsere både Mn- og Si-legeringer/produkter med naturgass som reduksjonsmiddel. For Si vil det teoretiske forbruket av naturgass (regnet som metan) være minimum 1140 kg/tonn Si (1600 m3/tonn Si) og for Mn 300 kg/tonn Mn (420 m3/tonn Mn) under forutsetning av at forreduksjonen gjøres med hydrogen. De nye, alternative prosessmulighetene vil på gass-siden ofte ha H2 og/eller CO (SynGas) som hovedprodukter og disse prosessene burde derfor egne seg i kombinasjon med prosesser som har dette som "råmateriale" i "Gassbaserte Materialproduserende Industriklynger". For å oppnå dette inn mot 2050 er det nødvendig med en stor FoU innsats også i forkant. Et viktig poeng er at det ikke bare er å kjøpe riktig prosessutstyr som er utfordringen. Dette utstyret er ikke hyllevare i dag, men må utvikles separat og testes i ulike skalaer før bruk i industrielle anlegg. Flere detaljer om dette finnes i "Veikart for gass i metallindustrien - Økt verdiskaping og reduserte utslipp" som oppsummerer industrielle muligheter og implikasjoner ved bruk av naturgass eller annen, f. eks. bio-basert gass, eller SynGas som biprodukt fra andre prosesser.

Use of natural gas in production of Titania slag and Manganese alloys is a part of the industry's long-term innovation work regarding new, sustainable processes. Substitution of coke or coal by natural gas reduces the CO2 emissions in production and broad er disadvantages associated with coke production. Additionally, production is carried out at lower temperatures, reducing overall energy consumption. Production of ferroalloys using solid carbon materials is well understood, but not much work is done wher e natural gas is used as reductant. Challenges in introducing natural gas to replace solid carbon are mainly related to the fact that the end reduction, e. g. the reduction of MnO to metallic Mn, must be done by carbon, or fixed C, producing CO gas. Alter natively, the reduction may be performed using another metal (Me) with higher affinity to oxygen than the intended product metal, but now the by-product will be an oxide, MeOx This metal Me must also be produced, generally requiring additional fixed C. We can say that the amount of carbon needed for the end reduction stage is constant or "incompressible". The main consequence of this fact is that it is only the C in the Natural Gas that can be utilised for this purpose, leaving the hydrogen unused. H2 and CO may however be utilised in gas-/solid prereduction processes. The feasibility study, GASFERROSIL PhI, included one PhD student working on pre-reduction of ilmenite according to PhI plans and this will continue in PhII. The various production processes used in this industry are fundamentally different, and this have massive implications on how and if the use of Natural Gas will be beneficial. Use of Natural Gas on a large scale in this industry will require substantial changes in the production process es in question, and it is probable that in future industrialization it will be beneficiary to form industrial clusters to fully utilise the potentials for use of this resource.