Popularna nauka | Szczegółowe wyjaśnienie metalurgii wodoru

W ciągu ostatnich kilku dni pierwszy na świecie projekt demonstracyjny metalurgii wodoru o mocy 1,2 miliona ton firmy Hesteel zapewnił bezpieczną i płynną ciągłą produkcję ekologicznych produktów DRI. Obecnie wskaźnik metalizacji produktów DRI osiągnął 94%, a kluczowe wskaźniki w pełni spełniły kwalifikowane standardy produktów. Mogą być wykorzystywane jako wysokiej jakości materiały do ​​produkcji wysokiej jakości czystych surowców i są ważnymi surowcami do zastąpienia złomu z pieców elektrycznych, zwłaszcza złomu wysokiej jakości. Oznacza to pełny sukces pierwszej fazy projektu demonstracyjnego metalurgii wodoru HBIS. Projekt ten jest pierwszym przykładem zastosowania wodoru jako źródła energii do wielkoskalowej produkcji przemysłowej. Ważny kamień milowy w transformacji.

Ponieważ „szczyt węglowy i neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla” stają się głównym tematem światowego rozwoju przemysłowego, przemysł stalowy, który zajmuje drugie miejsce pod względem emisji dwutlenku węgla, musi przejść dogłębne reformy. Ze względu na ogromny potencjał redukcji emisji, metalurgia wodoru stała się dominującą wysokością, którą wiodące firmy stalowe są zdecydowane zdobyć. Wiele krajowych i zagranicznych firm stalowych energicznie wdraża projekty, takie jak metalurgia energii wodorowej, przygotowanie ekologicznego wodoru i dostawy energii wodorowej. Oczekuje się, że od „metalurgii węgla” do „metalurgii wodoru” przemysł żelaza i stali zdejmie kapelusze z wysokiej emisji dwutlenku węgla, wysokiego zanieczyszczenia i wysokiego zużycia energii.

Reakcja redukcji z zamianą wodoru na węgiel

Metalurgia wodoru wykorzystuje wodór zamiast węgla jako środek redukujący i źródło energii do produkcji żelaza. Produktem redukcji jest woda, która może osiągnąć zerową emisję węgla (podstawowy wzór reakcji to Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O, środkiem redukującym jest wodór, a produktami są żelazo i woda).

01

Redukcja bogatego w wodór wielkiego pieca

Oznacza to, że gazy bogate w wodór, takie jak gaz ziemny i gaz koksowniczy, są wtryskiwane w celu udziału w procesie wytwarzania żelaza. Odpowiednie eksperymenty wykazały, że obróbka żelaza redukcyjnego wzbogaconego w wodór w wielkich piecach może do pewnego stopnia zmniejszyć emisje węgla poprzez przyspieszenie redukcji wsadu, ale ponieważ proces ten opiera się na tradycyjnych wielkich piecach, efektu szkieletu koksu nie można całkowicie zastąpić i ilość wtryskiwanego wodoru ma wartość graniczną, ogólnie uważa się, że stopień redukcji emisji węgla w wielkopiecowej redukcji bogatej w wodór może osiągnąć 10% -20%, a efekt nie jest wystarczająco znaczący.

02

Gazowy piec szybowy z bezpośrednią redukcją

Oznacza to, że przy użyciu mieszaniny wodoru i tlenku węgla jako środka redukującego ruda żelaza jest przekształcana w bezpośrednio zredukowane żelazo, które jest następnie umieszczane w piecu elektrycznym w celu dalszego wytapiania. Dodatek wodoru jako czynnika redukującego skutecznie kontroluje emisję dwutlenku węgla. W porównaniu z wielkim piecem redukcyjnym bogatym w wodór, emisja dwutlenku węgla na tonę może zostać zmniejszona o ponad 50%. Ta metoda jest bardziej odpowiednia dla metalurgii wodoru.

Stopień redukcji węgla w procesie wzbogacania w wodór wielkopiecowy wynosi 10-20%, a efekt jest ograniczony. Gazowy proces bezpośredniej redukcji w piecu szybowym jest technologią bezpośredniej redukcji, która nie wymaga koksowania, spiekania, obróbki żelaza itp. i może kontrolować emisje węgla ze źródła. W porównaniu z redukcją bogatą w wodór w wielkim piecu, stopień redukcji węgla może osiągnąć ponad 50%, a potencjał redukcji emisji jest stosunkowo niski. Jest to skuteczny sposób na szybkie rozszerzenie produkcji żelaza bezpośrednio redukowanego. Jednak piec szybowy na bazie gazu ma wiele problemów, takich jak silny efekt absorpcji ciepła, zwiększona objętość gazowego H2 w piecu, zwiększone koszty produkcji, zmniejszona szybkość redukcji H2, wysoka aktywność produktu oraz trudności w pasywacji i transporcie.

Międzynarodowe wydanie mapy drogowej technologii metalurgii wodoru

W ostatnich latach światowy przemysł żelaza i stali aktywnie realizuje praktykę metalurgii energii wodoru. Przedsiębiorstwa hutnicze w Europie, Japonii, Korei Południowej oraz innych krajach i regionach opracowały mapy drogowe technologii metalurgii niskoemisyjnej, w tym metalurgii energii wodorowej, przyspieszonych badań i rozwoju, testowania i zastosowań oraz poszukiwały przełomów technologicznych w celu osiągnięcia neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla.

Obecnie na świecie istnieją już przypadki technologii metalurgii wodoru, takie jak szwedzki projekt bezwodnika żelaza HYBRIT, projekt Salzgitter SALCOS, projekt VAI H2Future i projekt ThyssenKrupp Carbon2Chem w Niemczech.

Chiny mają przed sobą długą drogę do realizacji „zielonej metalurgii wodoru”

Obecnie niektóre krajowe przedsiębiorstwa z branży żelaza i stali przedstawiły plany dotyczące metalurgii wodoru, zbudowały projekty demonstracyjne i uruchomiły je oraz osiągnęły pewne innowacyjne przełomy. Jednak projekty demonstracyjne są nadal na etapie testów przemysłowych i nadal istnieje niedoskonała infrastruktura, puste standardy, wysokie koszty i problemy z bezpieczeństwem. Wodór i inne kwestie oraz biorąc pod uwagę takie czynniki, jak źródło gazu, przygotowanie, przechowywanie i transport oraz koszt na tym etapie, większość używanego wodoru to nadal „szary wodór” i wciąż pozostaje wiele do zrobienia, zanim zda sobie sprawę, że „zielony metalurgii wodoru”.

Główne metody wykorzystania metalurgii wodoru w chińskim przemyśle żelaza i stali obejmują: technologię wytapiania bogatego w wodór w wielkim piecu, technologię bezpośredniej redukcji w piecu szybowym wodorowym, technologię wytapiania redukcji wytapiania wodoru na bazie wodoru itp. Sądząc po postępach w stosowaniu chińskiego żelaza i stali przedsiębiorstw, technologia metalurgii wodoru może pomóc w znacznym zmniejszeniu emisji dwutlenku węgla, promowaniu wykorzystania zasobów węgla, promowaniu rozwoju nowych zielonych procesów krótkoprocesowych, realizowaniu wytapiania bez paliw kopalnych i otwarciu sprzężenia stali, chemii i energii wodoru w celu zmniejszenia szlaku węglowego . Ponadto energia wodorowa osiągnęła również dobre wyniki w oszczędzaniu energii i ochronie środowiska w dziedzinie logistyki i transportu chińskich przedsiębiorstw hutniczych.

Jeśli Chiny chcą zrealizować zieloną metalurgię wodoru, muszą w przyszłości przestudiować kluczowe technologie w dziedzinie wykorzystania rozproszonej zielonej energii, produkcji i magazynowania wodoru, metalurgii wodoru i usuwania CO2 oraz stworzyć nowy proces produkcji metalurgicznej żelaza i stali z energia wodoru jako rdzeń.

Przyszłość metalurgii wodoru nie jest odległa

Badania nad globalnymi projektami metalurgii wodoru są zasadniczo podzielone na trzy etapy: (1) przed 2025 r. ustanowienie pilotażowego projektu demonstracyjnego w celu zweryfikowania wykonalności wielkoskalowej metalurgii wodoru; (2) do 2030 r. wykorzystanie wodoru z gazu koksowniczego i innych produktów ubocznych do metalurgii wodoru (3) Do 2050 r. nastąpi zastąpienie wodoru szarego wodorem zielonym i prowadzona będzie przemysłowa produkcja metalurgii wodoru.

Obecnie współpraca między energetyką wodorową a hutnictwem jest wynikiem korzystnym dla obu stron: metalurgia wodoru sprzyja oszczędzaniu energii i redukcji emisji dla hutnictwa oraz dokończeniu transformacji niskoemisyjnej; przedsiębiorstwa hutnicze dostarczają bardziej praktycznych zastosowań energii wodorowej, wzbogacając dalszy łańcuch przemysłowy energii wodorowej. Energia wodorowa i przemysł stalowy wzajemnie się uzupełniają. Sprzyja rozwojowi nowej energii.

Zastosowanie metalurgii wodoru w hutnictwie żelaza i stali wciąż stoi przed szeregiem poważnych wyzwań, takich jak konieczność poprawy ekonomiki zielonego wodoru, brak doświadczenia w stosowaniu technologii, wysokie koszty magazynowania i transportu energii wodorowej, oraz brak popytu na rynku niższego szczebla na oparte na wodorze produkty żelaza bezpośrednio zredukowane.

W odniesieniu do przyszłego rozwoju i zastosowania metalurgii wodoru w hutnictwie żelaza i stali wysunięto trzy sugestie:

Jednym z nich jest rozwój systemu. Wykorzystanie energii wodorowej powinno być promowane z całego systemu łańcucha przemysłowego, takiego jak produkcja wodoru, magazynowanie wodoru, transport wodoru i wykorzystanie wodoru. W szczególności należy skoordynować rzeczywiste scenariusze zastosowania produkcji stali oraz systematycznie promować głęboką integrację „produkcji, edukacji, badań i wykorzystania złota”.

Drugim jest granie mechanizmem zorientowanym na rynek. Na tym etapie koszt procesu wytapiania wodoru jest nadal znacznie wyższy niż w przypadku tradycyjnego procesu produkcyjnego. Konieczne jest pełne uwzględnienie roli mechanizmu rynkowego w innowacjach technologicznych i innych dziedzinach oraz dalsza optymalizacja alokacji zasobów, takich jak finanse i talenty.

Trzeci to wzmocnienie współpracy międzynarodowej. Powinniśmy dalej koncentrować się na konkretnych przełomowych powiązaniach, wzmacniać wymianę międzynarodową, w tym koncepcje, badania naukowe, technologie, ścieżki i metody zarządzania, oraz promować dogłębną współpracę międzynarodową.

Yu Yong, przewodniczący World Steel Association, prezes World Steel Development Research Institute, sekretarz komitetu partyjnego i przewodniczący Grupy Hegang, przedstawił, że w ciągu ostatnich 30 lat światowy przemysł stalowy poprawił efektywność energetyczną i promował zastosowanie nowych procesów i nowych technologii recyklingu oraz ogólna energia na tonę stali wzrosła. Zużycie zostało zmniejszone o 50%. Obecnie światowy przemysł stalowy odpowiada za około 8% światowego zużycia energii i 7% światowej emisji dwutlenku węgla. W obliczu przyszłości przemysł żelaza i stali jest najlepszym sposobem na osiągnięcie emisji niskoemisyjnych, a nawet „zerowych”, niezależnie od tego, czy chodzi o innowację struktury energetycznej, innowację struktury procesu, czy zastosowanie energii wodorowej. W szczególności,

Choć ograniczony przez różne czynniki, takie jak środowisko i koszty, hutnictwo żelaza i stali nie osiągnęło jeszcze „jednego wodoru do końca”, ale rozwój czystej energii jest kierunkiem i misją, a potencjał „metalurgii wodoru” jest Nieograniczony.