Науково-популярний | Детальний опис водневої металургії

За останні кілька днів у рамках першого в світі демонстраційного проекту Hesteel із водневої металургії потужністю 1,2 мільйона тонн було досягнуто безпечного та безперервного виробництва екологічно чистих продуктів DRI. На даний момент рівень металізації продукції DRI досяг 94%, а основні показники повністю відповідають кваліфікованим стандартам продукції. Вони можуть бути використані як високоякісні матеріали для виробництва високоякісної чистої сировини та є важливою сировиною для заміни брухту електропечей, особливо високоякісного брухту. Це означає повний успіх першого етапу демонстраційного проекту HBIS з водневої металургії. Цей проект є першим прикладом застосування водню як джерела енергії для великомасштабного промислового виробництва. Важлива віха в трансформації.

Оскільки «вуглецевий пік і вуглецевий нейтралітет» стають головною темою глобального промислового розвитку, сталеливарна промисловість, яка займає друге місце за викидами вуглецю, потребує глибоких реформ. Завдяки величезному потенціалу скорочення викидів воднева металургія стала головною вершиною, яку провідні металургійні компанії мають намір завоювати. Багато вітчизняних та іноземних металургійних компаній активно розгортають такі проекти, як металургія водневої енергетики, підготовка екологічно чистого водню та постачання водневої енергії. Очікується, що від «вуглецевої металургії» до «водневої металургії» металургійна промисловість зніме головний убір високих викидів вуглецю, високого забруднення та високого споживання енергії.

Реакція відновлення із заміщенням вуглецю на водень

Воднева металургія використовує водень замість вуглецю як відновник і джерело енергії для виробництва чавуну. Продуктом відновлення є вода, яка може досягти нульових викидів вуглецю (основна формула реакції Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O, відновник — водень, а продукти — залізо та вода).

01

Збагачення воднем доменної печі

Тобто багаті воднем гази, такі як природний газ і коксовий газ, вводяться для участі в процесі виробництва чавуну. Відповідні експерименти показали, що виробництво відновного чавуну, збагаченого воднем, у доменних печах може певною мірою зменшити викиди вуглецю за рахунок прискорення зменшення шихти, але оскільки процес базується на традиційних доменних печах, ефект скелета коксу не можна повністю замінити, і кількість впорскування водню має граничне значення, зазвичай вважається, що швидкість скорочення викидів вуглецю при відновленні з високим вмістом водню в доменній печі може досягати 10%-20%, і ефект недостатньо значний.

02

Газова шахтна піч прямого відновлення

Тобто, використовуючи суміш водню та монооксиду вуглецю як відновник, залізна руда перетворюється на залізо прямого відновлення, яке потім поміщається в електричну піч для подальшої плавки. Додавання водню як відновника ефективно контролює викиди вуглецю. У порівнянні з відновлювальною доменною піччю, збагаченою воднем, викиди вуглекислого газу на тонну можуть бути зменшені більш ніж на 50%. Цей спосіб більше підходить для водневої металургії.

Швидкість зменшення вуглецю при збагаченні воднем у доменній печі становить 10%-20%, а ефект обмежений. Процес шахтної печі прямого відновлення на основі газу — це технологія прямого відновлення, яка не потребує коксування, спікання, виробництва чавуну тощо та може контролювати викиди вуглецю з джерела. Порівняно з доменною піччю, збагаченою воднем, швидкість скорочення вуглецю може досягати більше ніж 50%, а потенціал скорочення викидів є відносно низьким. Це ефективний спосіб швидкого розширення виробництва заліза прямого відновлення. Однак газова шахтна піч має багато проблем, таких як сильний ефект поглинання тепла, збільшення об’єму газу H2 у піч, підвищення вартості виробництва, зниження швидкості відновлення H2, висока активність продукту та труднощі з пасивацією та транспортуванням.

Дорожня карта багатонаціонального випуску технології водневої металургії

В останні роки світова металургійна промисловість активно впроваджує практику водневої енергетичної металургії. Сталеплавильні компанії в Європі, Японії, Південній Кореї та інших країнах і регіонах сформулювали плани розвитку технологій низьковуглецевої металургії, включаючи металургію водневої енергії, прискорені дослідження та розробки, випробування та застосування, а також шукали технологічних проривів для досягнення вуглецевої нейтральності.

На даний момент у світі вже є кілька прикладів технології водневої металургії, наприклад, шведський проект HYBRIT з ангідридного заліза, проект Salzgitter SALCOS, проект VAI H2Future та проект ThyssenKrupp Carbon2Chem у Німеччині.

Китаю потрібно пройти довгий шлях до реалізації «зеленої водневої металургії»

. Наразі деякі вітчизняні металургійні підприємства оприлюднили плани розвитку водневої металургії, побудували демонстраційні проекти та ввели їх в експлуатацію, а також досягли певних інноваційних проривів. Проте демонстраційні проекти все ще перебувають на стадії промислових випробувань, і все ще є недосконала інфраструктура, незаповнені відповідні стандарти, висока вартість і проблеми з безпекою. Водень та інші питання, а також враховуючи такі фактори, як джерело газу, підготовка, зберігання та транспортування, а також вартість на цьому етапі, більша частина використовуваного водню все ще є «сірим воднем», і до реалізації «зеленого» ще потрібно пройти довгий шлях. воднева металургія».

Основні методи використання водневої металургії в металургійній промисловості Китаю включають: технологію плавки з високим вмістом водню в доменній печі, технологію прямого відновлення в водневій шахтній печі, технологію відновної плавки на основі водню, виробництво чавуну тощо. Судячи з прогресу застосування китайського чавуну та сталі, підприємства, технологія водневої металургії може допомогти значно скоротити викиди вуглецю, сприяти використанню вуглецевих ресурсів, сприяти розвитку нових екологічних коротких процесів, реалізувати плавку без викопного палива та відкрити енергетичний зв’язок сталі, хімікатів і водню, щоб зменшити шлях вуглецю . Крім того, воднева енергетика також досягла хороших результатів у енергозбереженні та захисті навколишнього середовища в галузі логістики та транспортування китайських металургійних підприємств.

Якщо Китай хоче реалізувати зелену водневу металургію, йому потрібно вивчити ключові технології у сфері розподіленого використання зеленої енергії, виробництва та зберігання водню, водневої металургії та видалення CO2 у майбутньому, а також створити новий металургійний процес виробництва чавуну та сталі з воднева енергія як ядро.

Майбутнє водневої металургії не за горами

Дослідження глобальних проектів водневої металургії в основному поділяються на три етапи: (1) до 2025 року створити пілотний демонстраційний проект для перевірки можливості великомасштабної водневої металургії; (2) до 2030 року використовувати водень з коксового газу та інших побічних продуктів для водневої металургії (3) До 2050 року буде реалізовано заміну сірого водню зеленим воднем і буде здійснено промислове виробництво водневої металургії.

Наразі співпраця між водневою енергетикою та сталеливарною промисловістю є взаємовигідним результатом: воднева металургія сприяє енергозбереженню та скороченню викидів металургійних компаній і завершенню низьковуглецевої трансформації; металургійні компанії пропонують більш практичне застосування водневої енергетики, збагачуючи подальший промисловий ланцюг водневої енергетики. Воднева енергетика та сталеливарна промисловість доповнюють одна одну. Сприяє розвитку нової енергії.

Застосування водневої металургії в металургійній промисловості все ще стикається з низкою серйозних проблем, таких як економіка зеленого водню, яка все ще потребує вдосконалення, відсутність досвіду застосування технології, висока вартість зберігання та транспортування водневої енергії, і відсутність попиту на нижньому ринку на продукти прямого відновлення заліза на основі водню.

Для майбутнього розвитку та застосування водневої металургії в металургійній промисловості висуваються три пропозиції:

Один – це вдосконалення системи. Слід сприяти використанню водневої енергії з усієї системи промислового ланцюга, як-от виробництво водню, зберігання водню, транспортування водню та використання водню. Зокрема, слід скоординувати фактичні сценарії застосування виробництва сталі та систематично сприяти глибокій інтеграції «виробництва, освіти, досліджень і використання золота».

Друге – грати на ринковому механізмі. На цьому етапі вартість процесу плавлення водню все ще набагато вища, ніж у традиційному процесі виробництва. Необхідно повною мірою відіграти роль ринкового механізму в технологічних інноваціях та інших сферах, а також надалі оптимізувати розподіл таких ресурсів, як фінанси та таланти.

Третє – посилення міжнародної співпраці. Нам слід і далі зосереджуватися на конкретних проривних зв’язках, посилювати міжнародний обмін, включаючи концепції, наукові дослідження, технології, шляхи та методи управління, а також сприяти поглибленій міжнародній співпраці.

Ю Йонг, голова Всесвітньої сталеливарної асоціації, президент Всесвітнього науково-дослідного інституту розвитку сталі, секретар партійного комітету та голова Hegang Group, представив, що за останні 30 років світова сталеливарна промисловість підвищила енергоефективність і просувала застосування нових процесів і нових технологій для вторинної переробки, і комплексна енергія на тонну сталі зросла. Споживання зменшено на 50%. В даний час на глобальну металургійну промисловість припадає близько 8% світового споживання енергії та 7% світових викидів вуглецю. Дивлячись у майбутнє, металургійна промисловість є найкращим способом досягти низьких або навіть «нульових» викидів, незалежно від того, чи йдеться про інновації в енергетичній структурі, інновації в структурі процесів або використання водневої енергії. Зокрема,

Незважаючи на обмеження різними факторами, такими як навколишнє середовище та вартість, металургійна промисловість ще не досягла «одного водню до кінця», але розвиток чистої енергії є напрямком і місією, а потенціал «водневої металургії» є необмежений.