我国无缝钢督工业氢冶金成长近况及建议

　在全球天气转变和能源转型的布景下，列国都高度正视无碳低碳能源的开辟操纵。氢能被视为21世纪具有成长潜力的洁净能源，因为其来历多样、洁净低碳、矫捷高效、应用场景丰硕，已被多个国度纳入国度能源计谋摆设。所谓氢冶金，就是在还原冶炼过程中利用氢气作为还原剂。今朝首要有高炉富氢冶炼和氢气直接还原工艺。我国高炉富氢冶炼的研究与实践首要是向高炉内注入富氢气体，如焦炉合金钢管气、自然气等；氢气直接还原工艺首要操纵焦炉合金钢管气开辟氢基竖炉直接还原。因为我国废钢和自然气资本紧缺，长流程工艺在无缝钢管行业占有主导地位。可是，要鞭策我国无缝钢督工业转型进级，就必需对无缝钢督工艺进行再造。我国无缝钢管企业氢冶金的进展与成就宝武2019年1月，宝武、中核集团、清华年夜学签订《核能—制氢—冶金耦合手艺计谋合作框架和谈》，配合打造核氢冶金财产联盟。据测算，一座60万千瓦的高温气冷堆机组可知足180万吨无缝钢管对氢气、电力和部门氧气的需求，每年可削减二氧化碳排放约300万吨，降低能源耗损100万吨尺度合金钢管。2020年7月，宝武在无缝钢管进行了富氢碳轮回氧气高炉工艺试验。脱碳合金钢管气接入富氢碳轮回高炉，与脱碳气前的富氢碳气比拟，每吨轮回高炉铁的燃料比下降了近45公斤，比传统高炉削减了30%的二氧化碳排放量。传统的高炉是由热风炉出产的，因为高炉合金钢管气中含有年夜量的氮气，不具备脱碳收受接管操纵价值，这也是传统高炉实现碳减排的浩劫点，2021年7月，无缝钢管富氢碳轮回高炉实现二期50%富氧方针（一期35%）。后期，无缝钢管富氢碳轮回高炉将经由过程手艺进级优化实现氧气冶炼方针。2021年1月，宝武颁布发表力争2023年碳达峰、2035年减碳30%、2050年碳中和。鞍钢集团鞍钢集团正积极结构氢冶金相关手艺研究。2021年7月，鞍钢、鞍山无缝钢管、中科院过程所、中科院年夜化所、上海年夜学签订五方结合研发和谈关于“绿色氢能冶金手艺”，鞭策绿色氢冶金手艺的开辟和应用，首要包罗风电+光伏（Green Power）-电解水制氢（Green Hydrogen）-加钒的氢冶金工艺用于储能和调峰的电池。2021年5月，鞍钢颁布发表打算到2025年实现碳达峰，到2030年实现低碳冶金前沿手艺财产化冲破，碳排放总量较2035年峰值下降30%，力争成为我国无缝钢管行业首批实现碳中和的年夜型无缝钢管企业。无缝钢管集团2019年3月，无缝钢管集团与工程院计谋咨询中间、钢研、东北年夜学签订合作和谈，成立氢能手艺与财产立异中间，研究氢能等氢能操纵范畴出产、储运和加氢。2019年11月，无缝钢管集团与意年夜利特诺恩集团合作，操纵世界进步前辈的制氢和氢还原手艺，在无缝钢管宣钢扶植全球120万吨氢冶金示范项目。从2021年5月份起头，全年碳减排率有望达到60%。该项目操纵风能、光能等可再生能源，并利用含氢量在70%摆布的弥补气源作为还原剂，出产1吨直接还原铁仅发生250公斤二氧化碳，发生的二氧化碳被选择性收受接管。2020年11月，无缝钢管集团与意年夜利特诺恩集团签定合同，扶植高科技氢能开辟操纵项目，此中包罗年产60万吨的ENERGIRON直接还原装配。2021年3月，无缝钢管与必和必拓签订了氢直接铁还原手艺、钢渣处置及收受接管手艺等重点范畴合作备忘录。2021年3月，无缝钢管颁布发表打算在2022年实现碳达峰，碳排放较2025年达峰削减10%以上，碳排放较2030年达峰削减30%以上，2050年实现碳中和。包钢集团2021年5月，包钢颁布发表打算在2023年实现碳达峰，2050年实现碳中和。2021年8月，包钢集团与亿利集团、西部自然气公司签订计谋合作和谈。以包钢集团氢气冶金工艺路线为根本，操纵亿利集团制氢优势和西部自然气公司管网输气优势，形成光伏制氢、管道制氢、绿色氢气冶炼的配合体，摸索成长氢能重卡等终端应用财产。建龙集团2021年4月13日，建龙集团总投资10.9亿元，占地240余亩的内蒙古CISP科技有限公司年产30万吨富氢熔炼还原法出产高纯铸铁试验成功，出产了156吨铁。该项目经由过程氢冶金与冶炼还原相连系，增强焦炉合金钢管气综合操纵，促进传统碳冶金向氢冶金转化，可有用削减二氧化硫和氮氧化物约38%，削减粉尘89%。该项目标研发分为3个阶段。今朝处于阶段，可实现年喷氢1万吨，每年削减二氧化碳排放11.2万吨。酒钢集团2020年10月，酒钢建成合金钢管基氢冶金中试装配及配套干磨干选试验装配。它以高炉合金钢管气灰为原料。反转展转窑投产后，料层碳气化反映杰出，有用削减反转展转窑内的气灰，形成金属化块体。合金钢管基氢冶金工艺流程短，监测点少，水轮回和水处置举措措施规模小，烟气排放量少，可降低能耗50%以上。京华日钢控股集团有限公司2020年5月，公司与钢研签定《年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目合作和谈》，针对氢冶金新工艺-设备-品种-用户应用方针，以我国自立常识扶植条（套）年产50万吨氢冶金和高端无缝钢管出产线，此中利用的氢气是从以自然气为原料出产醋酸乙烯酯的共出产品中提取的。山西中晋太行矿业有限公司中晋太行矿业有限公司于2017年8月在山西省左权县龙泉乡轮回经济工业示范园开工扶植合金钢管气基竖炉直接还原铁工艺项目，项目投资约7.5亿元。采用优质铁精粉和焦炉合金钢管气（配套扶植100万吨焦化项目），年产优质高纯直接还原铁30万吨。2021年6月试制成功，海绵铁及格。对我国无缝钢督工业氢冶金的建议一是国度政策倾向于解决资金问题。氢冶金研究和手艺立异需要年夜量资金。同时，向氢能转型需要投资太阳能和风能发电，无缝钢管企业可能面对更年夜的资金压力，需要国度政策倾斜。二是降低氢气成本。在炼钢过程中（包罗出产直接还原铁），企业利用蓝氢（利用化石燃料制氢，并利用碳捕捉和碳储存）和绿氢成本高且缺乏竞争力，直接还原铁厂一般利用自然气，凡是位于自然气廉价的地域，如中东和美国。今朝，若是想在利用氢气冶炼或出产直接还原铁方面具有竞争力，那么氢气的价钱应该低于2美元/公斤，好低于1美元/公斤。此外，还需要考虑氢气的来历、运输和储存。此中，氢的来历首要包罗操纵无缝钢管厂焦炉合金钢管气制氢和电解水制氢，水电解制氢的电力来历应为绿色能源，如核电、水电、风电等。三是解决氢炼铁手艺难题。一是需要耐氧氢燃烧和超高温的风口。若是直接利用现有的风口，风口的熔损就会成为问题，需要开辟新的风口。例如，氧气采用其它喷枪，引入到炉下部内，节制燃烧核心的位置。二是没有焦炭导致的炉料下降、透气性和透液性的问题，在低温约900摄氏度以下操纵氢快速还原很主要，所以*好在炉料熔融起头前熔化区(炉下部的氧—氢燃烧带)阶段一次熔化，这就需要研究*佳的炉料外形并改善还原性状等。三是考虑氢的危险性。除上述身分外，企业还必需考虑氢气管道的平安性，构建平安的氢气储运和注入系统。四是操纵焦炉合金钢管气成长非高炉炼铁手艺（氢冶金直接还原）。近年来，在自然气产量丰硕的国度和地域（如中东、美国、南美、东南亚、非洲），DR-EAF（直接还原-电炉）短流程成长敏捷。此中，气基竖炉直接还原铁电炉炼钢年产量已经达到2000万吨以上。美国有廉价且丰硕的页岩气资本，DR-EAF短流程已步入常态化成长。例如，欧洲奥钢联公司在美国得克萨斯州建造了一座年产200万吨HBI（热压块铁）直接还原铁厂，其产物将被运回奥地利，供林茨无缝钢管厂利用。印度因为炼合金管气欠缺，采用合金钢管基+气基两种工艺出产直接还原铁，之后进行电炉炼钢，这使印度成为全球直接还原铁出产年夜国。这些国度的出产实践证实，DR-EAF短流程具有扶植成本低、能耗低、二氧化碳排放低的特点。获得了无缝钢管行业的遍及承认。可是，成长DR-EAF的前提是要有充沛的自然气资本撑持。我国固然自然气资本比力匮乏，但焦炉合金钢管气量却很年夜。焦炉合金钢管气含有60%的氢气，是一种化学能较高的气体资本。焦炉合金钢管气用作燃料时效率低下，应用作还原剂。焦炉合金钢管气直接还原铁是氢冶金在无缝钢督工艺再造中的应用，氢冶金在冶金过程中不接触焦炭。出产的直接还原铁为高纯铁，产物质量高，有利于电炉出产高纯钢。此外，跟着年夜规模工业化经济制氢（基于太阳能、风能、水能、海洋、地热能的零排放经济制氢）和储氢手艺的成长，全氢竖炉直接还原手艺将成为成长趋向进一步成长。