Integration of COMAX technology in steel plants for CO2 emissions mitigation

Mitigation of CO2 emissions in the industrial sector is one of the main climate challenges for the coming decades. The iron and steel industry, accounting for about 7% of total global anthropogenic greenhouse gas emissions, is one of the key hard-to-abate sectors that must be addressed to achieve climate neutrality. The objective of this work is to evaluate the potential of integrating the Sorption Enhanced Reverse Water Gas Shift (SE RWGS) process, referred to as COMAX, to reduce the carbon footprint of steel plants operating with the oxygen blast furnace (OBF) route. This reduction is achieved by converting the CO2 contained in a share of the Top Gas into CO, with the scope of reinjecting the CO enriched gas to the OBF where it serves as a reducing agent, potentially substituting the entire coal injection. For the share of the Top Gas that is not processed in the SE-RWGS, two routes were evaluated: CO2 capture and H2 production through the SEWGS process and methanol production. Dedicated models on Aspen Plus were developed to outline the advantages and limitations of the proposed configurations with respect to the conventional steelmaking routes. Results show that the integration of SE-RWGS enables a substantial reduction in the coal input by progressively increasing the amount of CO-enriched gas recirculated to the furnace. When combined with SEWGS and methanol synthesis, this technology contributes to emissions mitigation, offering significant environmental benefits when powered by renewable electricity.

La mitigazione delle emissioni di CO2 nel settore industriale rappresenta una delle principali sfide climatiche per i prossimi decenni. L’industria siderurgica, responsabile di circa il 7% delle emissioni globali di gas serra di origine antropica, rientra tra i settori hard-to-abate che richiedono interventi prioritari per il raggiungimento della neutralità climatica. L’obiettivo di questo lavoro è valutare il potenziale dell’integrazione del processo di Sorption Enhanced Reverse Water Gas Shift (SE-RWGS), denominato COMAX, per ridurre l’impronta di carbonio degli impianti siderurgici che operano con una Oxygen Blast Furnace (OBF). Tale riduzione viene ottenuta convertendo la CO2 contenuta in una frazione dei top gas in CO, con lo scopo di reiniettare il gas arricchito in CO nell’OBF, dove funge da agente riducente, potenzialmente sostituendo l’apporto di carbone. Per la quota di gas non trattata nel processo di SE-RWGS sono state valutate due alternative: la cattura della CO2 con simultanea produzione di idrogeno tramite il processo SEWGS, e la produzione di metanolo. Sono stati sviluppati modelli dedicati su Aspen Plus per evidenziare i vantaggi e i limiti delle configurazioni proposte rispetto ai percorsi convenzionali di produzione dell’acciaio. I risultati mostrano che l’integrazione del processo di SE-RWGS consente una sostanziale riduzione dell’apporto di carbone grazie all’aumento progressivo della quantità di gas arricchito in CO ricircolato. Quando combinata con il SEWGS o con la sintesi del metanolo, questa tecnologia contribuisce alla mitigazione delle emissioni, offrendo significativi benefici ambientali se alimentata con energia elettrica da fonti rinnovabili.