我国钢铁行业氢冶金发展现状及建议

时间：2021-09-13 09:54:53      点击：   480

我国氢冶金发展情况

在应对全球气候变化和能源转型的背景下，各国都高度重视无碳和低碳能源的开发利用。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，由于具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等诸多优点，被多国列入国家能源战略部署。

所谓氢冶金就是在还原冶炼过程中主要使用氢气作还原剂，氢冶金目前主要有高炉富氢冶炼和氢直接还原工艺。我国高炉富氢冶炼研究与实践主要是往高炉内喷吹富氢气体，如焦炉煤气、天然气等；氢直接还原工艺主要是利用焦炉煤气发展氢基竖炉直接还原。

我国由于废钢及天然气资源短缺，长流程工艺在钢铁工业中占绝对统治地位，但要推进我国钢铁工业的转型升级，就需要进行钢铁工艺流程的再造。

我国钢铁行业氢冶金建议

1、国家政策倾斜解决资金问题

氢冶金研究和技术创新需要大量资金，同时向氢能转变需要在太阳能和风能发电方面投资，仅仅某一家企业可能资金压力比较大，需要国家政策进行倾斜。

2、降低氢来源成本

在炼钢（包括生产直接还原铁）过程中，使用蓝氢和绿氢的成本高，没有竞争力。直接还原铁厂通常使用天然气，而且通常位于天然气价格低廉的地区，例如中东和美国。如果要使用氢炼钢或生产直接还原铁具有竞争力，氢的价格应低于2美元/千克，最好低于1美元/千克。

另外氢来源、运输、存储也需要考虑，氢的来源主要包括利用钢厂焦炉煤气中的氢和通过水电解制氢，而水电解制氢中电力来源应是绿色能源，比如核电、水电、风电等。

3、解决氢炼铁技术问题

A

需要耐氧-氢燃烧超高温的风口，如果直接使用现有风口，则风口的熔损将成为问题，需要开发新风口，例如，氧气采用其他喷枪，引入到炉下部内，控制燃烧焦点的位置。

B

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℃以下利用氢快速还原很重要，所以最好在炉料熔融开始前熔化区(炉下部的氧-氢燃烧带)阶段一次熔化，这就需要研究最佳的炉料形状和改善还原性状等。

C

考虑氢的危险性：要考虑氢配管安全性，构建安全的氢贮存、输送和喷吹系统。

4、利用焦炉煤气发展非高炉炼铁技术（氢冶金直接还原）

天然气产量丰富的国家和地区（如中东、美国、南美、东南亚、非洲），近年直接还原-电炉（DR-EAF）短流程发展很快。

伊朗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。

美国有廉价且丰富的页岩气资源，DR-EAF短流程已步入常态发展状态。例如欧洲奥钢联公司在美国德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，然后将产品运回奥地利，供林茨钢铁厂使用。

印度由于炼焦煤气短缺，采用煤基+气基两种工艺生产直接还原铁，之后进行电炉炼钢，这样工艺使得印度成为全球直接还原铁生产大国。

这些国家的生产实践证明，DR-EAF短流程具有建设成本低、能耗低、CO2排放低的特点，已被钢铁界所认可，但发展DR-EAF的前提条件是必须有足够天然气资源做支撑。

我国天然气资源相对短缺，但我国拥有大量的焦炉煤气，焦炉煤气含有60%H2，是高化学能气体资源，焦炉煤气用作燃料是低效率的，应该用作还原剂，焦炉煤气生产直接还原铁是氢冶金在钢铁流程再造中的应用，而且氢冶金在冶金过程中不与焦炭接触，生产的DRI为高纯铁，产品质量高，有利于电炉生产出高纯净钢。

另外随着大规模产业化经济制氢（太阳能、风能、水能、海洋能和地热能为基础的零排放经济制氢）与储氢技术发展，全氢竖炉直接还原技术将得到进一步发展。