鋼鐵是能源消耗總量高、碳排放量大的行�(yè),在嚴格的資源和�(huán)保碳排放政策約束下,面臨著巨大的�(huán)保壓力和降碳壓力。為降低鋼鐵生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放,鋼鐵企�(yè)積極開展氫冶金技�(shù)路徑研究,希望通過“以氫代碳�,實�(xiàn)綠色低碳�(fā)�。截至目�,鋼鐵行�(yè)針對氫冶金研究初步形成氫基豎爐直接還原煉鐵技�(shù)、氫基流化床直接還原煉鐵技�(shù)、高爐富氫冶煉技�(shù)和富氫熔融還原煉鐵技�(shù)等四大技�(shù)路徑�
氫冶金技�(shù)�(xiàn)狀
從國�(nèi)外鋼鐵企�(yè)實踐來看,采用氫基豎爐直接還原煉鐵技�(shù)的項目有瑞典HYBRIT項目、安賽樂米塔爾純氫冶煉技�(shù)、德國蒂森克虜伯氫煉鐵技�(shù)、日本COURSE50項目,以及我國的中晉太行直接還原鐵項�、中國寶武湛江鋼鐵氫基豎爐項目和河鋼氫冶金項�。采用氫基流化床直接還原煉鐵技�(shù)的有魯奇公司Circored流化床直接還原項目和我國的鞍鋼氫冶金項目,采用高爐富氫冶煉技�(shù)的有德國蒂森克虜伯、迪林根—薩爾鋼兩家企業(yè),以及我國的晉南鋼鐵和中國寶武寶鋼股�,采用富氫熔融還原煉鐵技�(shù)的有建龍集團CISP富氫熔融還原項目。從以上國內(nèi)外企�(yè)的氫冶金項目所采用的技�(shù)路徑進行分析,氫冶金主流技�(shù)路徑為高爐富氫冶煉和氫基豎爐直接還原煉鐵技�(shù),并且氫能來源基本以焦爐煤氣為主�
氫冶金技�(shù)減碳潛力分析
對行�(yè)�(nèi)研究較多的氫基直接還原煉鐵技�(shù)和高爐富氫冶煉技�(shù)減碳潛力進行分析。根�(jù)焦爐煤氣制直接還原鐵、全綠電綠氫制直接還原鐵和常�(guī)高爐煉鐵3種工藝流�,分別選�3種工藝流程最接近實際情況的能源資源消耗進行分析,測算碳排放,得到以下結(jié)果:“即全綠電綠氫制直接還原鐵碳排放最�,比常規(guī)高爐煉鐵碳排放低�78%,即每噸鐵可減排1.235噸二氧化碳;其次為焦爐煤氣制直接還原�,比常規(guī)高爐煉鐵碳排放低�44%,即每噸鐵可減排0.696噸二氧化��
對于高爐富氫冶煉技�(shù),在無爐頂氣循環(huán)利用條件�,高爐通過噴吹富氫還原氣實�(xiàn)碳減排的潛力受到限制,一般認為高爐富氫還原的碳減排幅度能夠達�10%~20%。中國寶武開�(fā)的富氫碳循環(huán)高爐技�(shù),通過富氫、富氧以及爐頂煤氣循�(huán)等措�,降碳目標為30%�
氫冶金發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
其一,高品位鐵礦資源匱乏�
氫基直接還原要求鐵精粉品位達�68%以上,脈石含量低�4%,而我國鐵礦石是以低品位磁鐵礦為主,高品位鐵礦資源匱乏,難以支撐我國大�(guī)模開展直接還原鐵生產(chǎn)�
其二,氫能資源少、利用成本高�
我國制氫�(guī)模雖然較�,但大部分均采用化石能源制氫,用于生�(chǎn)合成�、甲醇等�(chǎn)品,可用于氫冶金的氫能資源較�。鋼鐵企�(yè)只有配套建設(shè)焦化項目或周邊地區(qū)有焦化企�(yè),才具有�(fā)展氫冶金的基�(chǔ)。利用綠電—電解水制氫工藝,氫氣成本是焦爐煤氣制氫和天然氣制氫�2倍~3�,用氫成本較高,難以和高爐—轉(zhuǎn)爐長流程在成本上進行競爭�
其三,技�(shù)研發(fā)難點多�
全氫直接還原煉鐵技�(shù)是對�(xiàn)有高爐—轉(zhuǎn)爐工藝的革新,在技�(shù)研發(fā)上具有較多關(guān)鍵問題需要解�。一是氫還原為強吸熱反應(yīng),將影響到反�(yīng)器內(nèi)溫度場分�,而反�(yīng)溫度的變化將影響氫氣利用效率。二是依照現(xiàn)有氣基豎爐工藝或流化床工�,氫還原反應(yīng)器內(nèi)熱量均依靠高溫還原氣的物理熱帶入,解決熱量不足問題將是未來研�(fā)重點。三是通過提高還原氣溫度和增加還原氣流量來補充熱量,將影響到氫氣在豎爐中的流�,進一步影響氫氣還原率及利用效�,同時對氣體加熱爐裝�、反�(yīng)器的耐高�、耐高�、防泄漏、耐氫蝕性等帶來巨大挑戰(zhàn)。四是全氫還原無滲碳條件,不含碳的直接還原鐵熔點�、極易再氧化、自�,難以安全儲存和運輸�
其四,可再生能源制綠氫與冶金流程耦合難度大�
冶金工業(yè)是一種流程制造系�(tǒng),生�(chǎn)基地由多個不可拆分的化工、冶金反�(yīng)器組�,反�(yīng)器內(nèi)部高�、高�,伴有連續(xù)進行的多相物�(zhì)相互�(zhuǎn)化的化學反應(yīng),對系統(tǒng)的可靠性要求很�,必須長期連續(xù)�(wěn)定運�。而可再生能源受制于風或光等外部自然條件變化,波動性較�,如何通過利用電網(wǎng)、儲�、儲氫等多種方式實現(xiàn)綠氫的穩(wěn)定供�(yīng),是氫能與鋼鐵產(chǎn)�(yè)間相互耦合要解決的難題�
�(fā)展建�
其一,氫冶金是鋼鐵工�(yè)遠期實現(xiàn)碳中和的重要路徑�國家和行�(yè)�(yīng)加快制訂鋼鐵行業(yè)氫能�(chǎn)�(yè)專項�(guī)劃和氫冶金發(fā)展規(guī)�,明確氫冶金�(fā)展思路、技�(shù)路線圖及配套鼓勵性政�,支持低碳冶金園區(qū)、氫冶金示范項目建設(shè)�
其二,充分發(fā)揮綠色低碳類投資基金和全球低碳冶金創(chuàng)新聯(lián)盟作��集行�(yè)之力開展氫冶金技�(shù)的研�(fā)與工程化示范,避免技�(shù)研發(fā)的重�(fù)投入和資源浪�。加大高�、低成本選礦技�(shù)研發(fā)力度,突破發(fā)展直接還原煉鐵的原料端環(huán)節(jié)限制�
其三,以《氫能產(chǎn)�(yè)�(fā)展中長期�(guī)劃(2021�-2035年)》為引領(lǐng),加強制�、儲運技�(shù)研發(fā)和產(chǎn)�(yè)化,形成較為完備的氫能產(chǎn)�(yè)技�(shù)�(chuàng)新體�、清潔能源制氫及供應(yīng)體系,支撐氫能在冶金行業(yè)的應(yīng)��
其四,鋼鐵企�(yè)開展氫冶金示范項目建�(shè)��(yīng)組織專業(yè)技�(shù)人員深入總結(jié)國內(nèi)外氫冶金工程示范�(jīng)�,開展相�(guān)技�(shù)裝備�(diào)研、市場分�、技�(shù)�(jīng)濟性評�、氫能資源評估等前期準備工作,規(guī)避投資風險和技�(shù)風險。(員曉 彭鋒 李曉 白永� 張麗娜)












