Steel mill higher capacities and lower CO2 emissions by means of DRI in loco production and molten carbonate fuel cells

The topic of this master thesis is the reduction of the carbon footprint of an integrated steel mill through a carbon capture and storage system (CCS) and the enhancement of its production efficiency.. The CCS aim is reached with a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), used as CO2 concentrator, while the increase in the production is achieved by feeding direct reduced iron (DRI) to the blast furnace, one of the main components of an integrated steel mill. The main focus of this thesis is to simulate the formation of DRI using the hydrogen or syngas made available from the MCFC. Through the program GS the reduction process of the ZR (Zero Reforming) technology, which uses natural gas, is simulated. Once validated, the GS model is adapted and used for the calculation of the production of DRI from the syngas coming from the MCFC. The estimation of the increase in hot metal production is instead carried on using data and available in literature. Finally, results about the different carbon emissions and energy requirement for the four configurations (reference steel mill, MCFC-case, H2-case, Syngas-case) are presented.

Il focus della tesi è sulla riduzione delle emissioni di carbonio di una acciaieria a ciclo integrale attraverso un sistema di cattura e stoccaggio della CO2 (CCS) e il miglioramento della sua efficienza produttiva. La cattura della CO2 è effettuata tramite una cella a combustibile a carbonati fusi (MCFC), utilizzata per concentrare la CO2, mentre l'aumento della produzione è ottenuto alimentando ferro direttamente ridotto (DRI) all'altoforno, uno dei componenti principali di un'acciaieria integrata. L'obiettivo principale di questa tesi è di simulare la formazione di DRI utilizzando l'idrogeno o syngas resi disponibili dall'MCFC. Attraverso il programma GS viene simulato il processo di riduzione della tecnologia ZR (Zero Reforming), che utilizza il gas naturale. Una volta validato, il modello GS viene adattato e utilizzato per il calcolo della produzione di DRI dai syngas provenienti dall'MCFC. La stima dell'aumento della produzione di ghisa viene invece effettuata utilizzando i dati disponibili in letteratura. Sono poi presentati risultati relativi alle diverse emissioni di carbonio e al fabbisogno energetico per le quattro configurazioni (acciaieria di riferimento, caso MCFC, caso H2, caso Syngas).