我國氫冶金發(fā)展情況

  在應對全球氣候變化和能源轉型的背景下，各國都高度重視無碳和低碳能源的開發(fā)利用。氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，由于具有來源多樣、清潔低碳、靈活高效、應用場景豐富等諸多優(yōu)點，被多國列入國家能源戰(zhàn)略部署。

  所謂氫冶金就是在還原冶煉過程中主要使用氫氣作還原劑，氫冶金目前主要有高爐富氫冶煉和氫直接還原工藝。我國高爐富氫冶煉研究與實踐主要是往高爐內噴吹富氫氣體，如焦爐煤氣、天然氣等；氫直接還原工藝主要是利用焦爐煤氣發(fā)展氫基豎爐直接還原。

  我國由于廢鋼及天然氣資源短缺，長流程工藝在鋼鐵工業(yè)中占絕對統(tǒng)治地位，但要推進我國鋼鐵工業(yè)的轉型升級，就需要進行鋼鐵工藝流程的再造。

我國鋼鐵行業(yè)氫冶金建議

  1、國家政策傾斜解決資金問題

  氫冶金研究和技術創(chuàng)新需要大量資金，同時向氫能轉變需要在太陽能和風能發(fā)電方面投資，僅僅某一家企業(yè)可能資金壓力比較大，需要國家政策進行傾斜。

  2、降低氫來源成本

  在煉鋼（包括生產(chǎn)直接還原鐵）過程中，使用藍氫和綠氫的成本高，沒有競爭力。直接還原鐵廠通常使用天然氣，而且通常位于天然氣價格低廉的地區(qū)，例如中東和美國。如果要使用氫煉鋼或生產(chǎn)直接還原鐵具有競爭力，氫的價格應低于2美元/千克，最好低于1美元/千克。

另外氫來源、運輸、存儲也需要考慮，氫的來源主要包括利用鋼廠焦爐煤氣中的氫和通過水電解制氫，而水電解制氫中電力來源應是綠色能源，比如核電、水電、風電等。

  3、解決氫煉鐵技術問題

  A、需要耐氧-氫燃燒超高溫的風口，如果直接使用現(xiàn)有風口，則風口的熔損將成為問題，需要開發(fā)新風口，例如，氧氣采用其他噴槍，引入到爐下部內，控制燃燒焦點的位置。

  B、沒有焦炭導致的爐料下降、透氣性和透液性的問題，在低溫約900℃以下利用氫快速還原很重要，所以最好在爐料熔融開始前熔化區(qū)(爐下部的氧-氫燃燒帶)階段一次熔化，這就需要研究最佳的爐料形狀和改善還原性狀等。

  C、考慮氫的危險性：要考慮氫配管安全性，構建安全的氫貯存、輸送和噴吹系統(tǒng)。

  4、利用焦爐煤氣發(fā)展非高爐煉鐵技術（氫冶金直接還原）

  天然氣產(chǎn)量豐富的國家和地區(qū)（如中東、美國、南美、東南亞、非洲），近年直接還原-電爐（DR-EAF）短流程發(fā)展很快。

  伊朗氣基豎爐直接還原鐵電爐煉鋼年產(chǎn)量已經(jīng)達到2000萬噸以上。

  美國有廉價且豐富的頁巖氣資源，DR-EAF短流程已步入常態(tài)發(fā)展狀態(tài)。例如歐洲奧鋼聯(lián)公司在美國德克薩斯州建造了一座年產(chǎn)200萬噸HBI（熱壓塊鐵）直接還原鐵廠，然后將產(chǎn)品運回奧地利，供林茨鋼鐵廠使用。

  印度由于煉焦煤氣短缺，采用煤基+氣基兩種工藝生產(chǎn)直接還原鐵，之后進行電爐煉鋼，這樣工藝使得印度成為全球直接還原鐵生產(chǎn)大國。

  這些國家的生產(chǎn)實踐證明，DR-EAF短流程具有建設成本低、能耗低、CO2排放低的特點，已被鋼鐵界所認可，但發(fā)展DR-EAF的前提條件是必須有足夠天然氣資源做支撐。

  我國天然氣資源相對短缺，但我國擁有大量的焦爐煤氣，焦爐煤氣含有60%H2，是高化學能氣體資源，焦爐煤氣用作燃料是低效率的，應該用作還原劑，焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是氫冶金在鋼鐵流程再造中的應用，而且氫冶金在冶金過程中不與焦炭接觸，生產(chǎn)的DRI為高純鐵，產(chǎn)品質量高，有利于電爐生產(chǎn)出高純凈鋼。

  另外隨著大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟制氫（太陽能、風能、水能、海洋能和地熱能為基礎的零排放經(jīng)濟制氫）與儲氫技術發(fā)展，全氫豎爐直接還原技術將得到進一步發(fā)展。

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