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                您現在的位置:首頁 >> 冶金科普 >> 科普園地 >> 推進氫冶金核心關■鍵技術,助鋼鐵業綠色發展 來源: 中國鋼鐵新聞網 中國冶金報ω社 發布時間:2021-08-13
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                推進氫冶金核心關鍵技術,助鋼鐵業綠色發展 來源: 中國鋼鐵新聞網 中國冶金報社 發布時間:2021-08-13

                瀏覽次數: 日期:2021年8月20日 15:04

                在碳達峰與碳中和的背景下,我國鋼鐵行業碳減排壓力巨yuki荷大,碳稅政策倒逼鋼鐵產業研發應□用碳中和技術。將氫能應用於鋼鐵生產是鋼鐵產業低碳綠色化轉型升級的有效途徑,全球研發︻熱點方向主要為富氫還原高爐和氫∞基豎爐。高爐噴吹含氫介質富氫還原冶煉可經濟性地實現碳減排10%~20%。相比高爐—轉爐長流程,豎爐—電爐短流程碳減排可達50%~95%,氣基豎爐更適宜發展氫□ 冶金。國內鋼鐵企業和院校應協同開展符合中國國情的富氫氣基豎爐工程示範,推進氫冶金核心關鍵技術的成熟和產業化◆應用,助力於我國鋼鐵產業低碳綠色創新發展。

                建立氫能—鋼鐵—化工協◥同新產業鏈的3個途徑

                2019年,中國二氧化碳排→放總量達到98.4億噸,仍處增ㄨ長階段,人均二氧化碳排放量達6.8噸,超世界平均水●平。2020年9月22日,中國在第七十五屆聯≡合國大會一般性辯論上向世界承諾,二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。

                我國鋼鐵產業面臨▲著巨大的碳中和壓力。2019年我國粗鋼產量為9.96億噸,碳排♂放約為15億噸,占我國碳排放總量的16%左右。高爐—轉爐卐長流程的粗鋼產量占90%,由於高度依賴化石能源,導致高碳排放。碳稅政『策將倒逼鋼鐵產業研發應用碳中和技術,實現低碳綠色化轉型升級。

                面對碳達峰、碳中和目∑ 標,鋼鐵產業要以節能高能效為基礎,重點發展多產業協同的碳捕捉利用(CCU)技術,並輔以能源替代發展氫冶金,致力解決鋼鐵產業碳中和重大共性難題。

                一是在工藝優化、強化冶煉、余熱▓和資源高效循環利用、超低排放、系統節能、產品高質化基礎】上,要研發應用低碳高爐、轉爐高廢鋼比冶煉、高效連鑄、鑄軋一體化等▼低碳冶煉技術,同時開發全流程信息物理系統,實現智能化▼冶煉,提高能源利用效率,為碳中和奠定基礎。二是研發應用鋼↘鐵—化工—氫能一體〖化網絡集成CCU技術,通過鋼鐵、化工協同,為我國以高爐—轉爐長流程為主的鋼鐵產業實現碳凈零排放提供最合理、最徹底的解決方案。三是以氫能替代化石能源,發展氫基豎〓爐—電ω 爐短流程新工藝技術,實現鋼鐵流程革新和能源結構優化,為無涉碳鋼鐵生產提供全新途徑。通過以上3個途徑,以期】建立以全新鋼鐵產業為重要中樞節谈昙自然不知道在玩心眼點的氫能—鋼鐵—化工協同新產業鏈。

                氫□在鋼鐵行業的應用

                綠色氫能被認為是無碳經濟的關鍵之鑰,將氫能應用於冶◢金是冶金行業低碳綠色化轉型的有效途徑ぷ。氫氣密度小,擴散能力強,導熱系數大,易燃易爆,相比於CO還原,氫還原產物為H2O,無CO2產生,還原速率快,在還↑原過程中具有更高的抗黏結性能。國∮內外均對氫冶金開展了較多的研究與應用。

                20世紀80年代開始,蘇聯、北美多座高爐開始噴吹天然氣;20世紀90年代,美國埃德加—湯姆森鋼鐵√廠3號高爐噴吹焦爐煤氣;2004年12月京濱2號高爐噴吹天然氣∩,噸鐵噴吹量達50千克。早在20世紀50年代,HYL公司建成了一座擁有5個♂反應罐的直接還原廠,後發◤展為了HYL-Ⅲ豎爐,1966年MIDREX公司也開始氫冶金氣基豎爐直接還原工藝生產。近年來,日本、韓國、歐盟、瑞典、德國、美國等均有氫冶金規劃,如日本COURSE50富氫還原高爐和氫基豎爐、歐盟ULCOS富氫氣基豎爐和氫氣還原煉鋼、美國AISI氫氣閃速☆熔煉、瑞典HYBRIT全氫豎爐、韓國COOLSTAR、MIDREX H2、H2FUTURE、SALCOS等。

                20世紀60年代我國的▆重鋼進行了高爐噴吹天然氣試驗,並得到了良好的技術經濟指標。2008年前後,承鋼、濟鋼、鞍鋼鮁魚圈等的高爐也進行了噴吹焦爐煤■氣試驗。1973年,中國科學院化工冶金研究所先後在河北滄州、山東棗莊建造噸級試◆驗裝置進行攀枝花釩鈦磁鐵礦氫氣流態化還原的半工』業試驗;1975年,廣東韶關建成並試驗了5噸/天的水煤氣豎爐海綿鐵試驗裝ㄨ置;1979年,攀枝花建成竟然是华夏语5立方米氣基豎爐,開展天然氣還原釩鈦磁鐵礦的試驗;2006年,寶鋼、鋼力气鐵研究總院、上海大學共同承擔了氫冶金熔融還原新工∑藝研發項目。近年來,中晉太行、河鋼、寶鋼籌建▓氫基豎爐氫冶金生產線,產能為30萬噸/年~120萬噸/年。

                氫在鋼鐵行業的應用主要包括富氫還原高爐、氫冶金氣基豎爐、氫冶金熔融還原工△藝。其中,富氫還原高爐技術相對成熟,部分已實現工業化應用,碳減排能力在10%~20%;氫冶金豎爐直接還原工藝的碳減▽排能力可達50%~98%,是當前的重點研發方向;氫冶金熔融還原多處◎於實驗室研究階段,工業化尚未成熟。

                富氫還原高爐是指以純氫/富氫還原氣部分代替煤或焦炭,通過風口噴吹入高爐,增加爐內煤氣含氫量,強化氫在爐中上部參與間接還●原,減少CO2排放,實現低碳煉∑鐵。日本COURSE50計劃中高爐噴吹焦爐煤氣的內容,目標在2050年將日本鋼鐵工業CO2排放減少30%,噸鋼CO2排放從1.64噸減至1.15噸。德國蒂森@克虜伯tkH2Steel將氫氣代劍舞蒼穹替煤作為還原劑,減少高爐煉ξ鐵碳排放,預期碳減排幅度可達20%;韓國核能◥制氫 富氫還原高爐預計從氫還原煉鐵技術研發到12座高々爐實際應用,投入4.8萬億韓元,以實現碳減排8.7%。中國寶石千山被打武核能制氫 氫能冶金建設一臺60萬千瓦高溫氣冷堆機組,可滿足180萬噸鋼生產對氫氣、電力及部分氧☉氣的需求,每年減排300萬噸CO2,減少↑能源消耗100萬噸標準煤。東北大學針對氫還原反應吸熱導致爐身溫降、對爐上♀部爐料還原粉化和強度影響、對爐缸熱狀態及回旋區燃燒行為影響等技◥術性問題進行了研究,鑒於高爐冶煉特性,指出焦爐煤氣、天然氣適宜噴吹量分別在80立方米/噸鐵、100立方米/噸鐵。總體來說,高爐噴吹氫氣依賴於大規模≡低成本制氫技術以及高效安全的氫氣儲運技術,相關技術仍在開發當这钱赚定了中。我國天然氣資源相對匱乏,價格昂貴,高爐噴吹天然氣在經濟上有◥待考量;焦爐煤氣相對富余,價格▓較為低廉,高爐噴吹焦爐煤←氣是我國目前最有可能實現的富氫還原低碳煉鐵技術。

                氫冶金一般是指入爐還原氣含氫高於55%(H2/CO大於1.5)條件下,還原鐵〇礦石、球團礦生產優質DRI的氣基豎爐直接還原。歐盟ULCOS氫基直接還∴原—電爐流程若考慮電力產生◆的碳排放,氫氣豎爐短流程噸鋼CO2排放僅有300千克,與高爐—轉爐長流程噸鋼CO2排放1850千克相№比減少84%。瑞典氫楚阎王能突破性煉鐵技術HYBRIT項目致力於鋼鐵冶煉過程以氫代煤,減少碳︻排放,預計使瑞典碳那给自己下毒排放減少10%、芬蘭減7%;德國SALCOS項目將改變綜合煉▅鋼流程,從↓碳密集型高爐—轉爐長流程向氫氣氣基豎爐—電爐短流程轉變,預計整▲個鋼鐵生產碳排放減少95%;MIDREX H2?工藝可實現碳減排80%。

                中國也對富氫氣基豎爐氫冶金工藝開展了ζ探索,中晉√太行焦爐煤氣—豎爐直接還原項目已建設完成並於2021年6月正式出鐵;河♀鋼將建設全球首例年產60萬噸DRI的氫氣氣基豎爐示範工程(第一期);中國寶武於2016年●啟動了綠色低碳冶金創新工程,主要研究了以富氫碳循環高爐為核心的ζ 低碳高爐工藝和以氫還原代替碳還★原的氫冶金工藝,將采用焦爐煤氣、天然氣和氫氣的混合氣,在湛江建設『年產120萬噸DRI的氫冶金氣基豎外面已经有警车呼啸爐線;東北大學籌建煤制氣—富』氫氣基豎爐短流程示範工程,並圍繞高品位鐵精ξ礦制備、高品質氧化球團生產、氫氣豎爐直接還原技術、氫冶金短流程∮生命周期評價等關鍵環節展開sfsere了系統研究。

                (儲滿生 作者系東北大學低碳鋼〓鐵前沿技術研究院院長)

                所屬類別: 科普園地

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