氫冶金“破冰”有道
2024-8-23 9:17:12??????點(diǎn)擊：
面對(duì)全球氣候變暖的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和“雙碳”目標(biāo)的緊迫要求，先進(jìn)鋼企競(jìng)相入局氫冶金新賽道。從全世界煉鐵工藝來(lái)看，傳統(tǒng)高爐、熔融還原等工藝的基礎(chǔ)還是煤炭，依靠富氫、煤氣循環(huán)等可以減少碳排放，但改變不了其碳冶金的本質(zhì)。筆者認(rèn)為，發(fā)展氫基豎爐短流程工藝將是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳的必然，有望實(shí)現(xiàn)“零碳冶金”。
擺脫高爐派 VS 保衛(wèi)高爐派
當(dāng)前，世界各國(guó)氫冶金項(xiàng)目增長(zhǎng)加快，通過(guò)氫冶金生產(chǎn)“綠鋼”或成為未來(lái)新的鋼鐵生產(chǎn)模式。
就全球來(lái)看，歐洲是氫冶金的先行區(qū)，且基本方向就是應(yīng)用氫冶金短流程替換高爐長(zhǎng)流程。其中，瑞典是氫冶金的先鋒隊(duì)，最早于2020年8月在呂勒奧投運(yùn)了世界第一個(gè)全氫的HYBRIT（氫基直接還原鐵）試驗(yàn)裝置。目前，瑞典新興綠色鋼鐵公司H2 Green Steel正在建設(shè)1套250萬(wàn)噸/年純氫的大型綠色鋼鐵工廠，蓋利瓦雷市也將建設(shè)1座百萬(wàn)噸級(jí)的氫基豎爐項(xiàng)目。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前正在開(kāi)展的氫冶金項(xiàng)目有：歐洲地區(qū)，塔塔鋼鐵荷蘭分公司的氫基豎爐項(xiàng)目、德國(guó)薩爾茨吉特集團(tuán)μDRAL項(xiàng)目；北美地區(qū)，安米多法斯科（Dofasco） 鋼廠在加拿大漢密爾頓建設(shè)的轉(zhuǎn)型脫碳項(xiàng)目、SSAB （瑞典鋼鐵公司）正在美國(guó)佩里和蒙彼利埃建設(shè)零碳排放氫氣直接還原項(xiàng)目 、克利夫蘭·克利夫斯鋼廠在美國(guó)米德?tīng)柖氐臍錃庵苯舆€原鐵項(xiàng)目等；亞洲地區(qū)，韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵的HyREX+ESP工藝（基于流化床反應(yīng)的氫還原鐵技術(shù)+無(wú)頭軋制工藝）項(xiàng)目、日本新日鐵EDRP項(xiàng)目均在研究使用氫氣還原低品位鐵礦石，寶鋼股份與沙特阿美、沙特公共投資基金計(jì)劃在沙特共建“直接還原鐵+電爐”工藝的全流程厚板工廠，印度基礎(chǔ)設(shè)施和能源集團(tuán)（Essar Group）計(jì)劃在沙特建設(shè)綠色鋼鐵廠（GSA），印度金達(dá)爾鋼鐵集團(tuán)正在阿曼建設(shè)“hydrogen-ready”綠色鋼鐵廠；非洲地區(qū)，納米比亞的HyIron項(xiàng)目正在建設(shè)。中東及北非地區(qū)，由于有著大規(guī)模的廉價(jià)天然氣，堪稱發(fā)展氫冶金項(xiàng)目的絕佳場(chǎng)地，待戰(zhàn)爭(zhēng)影響消退后，預(yù)計(jì)將有更多國(guó)內(nèi)外鋼企進(jìn)駐布局。
就國(guó)內(nèi)來(lái)看，氫冶金工藝百花齊放，主要有富氫高爐、富氫熔融還原、氫基豎爐、氫基流化床4種工藝。其中，富氫高爐工藝的典型代表是中國(guó)寶武八鋼公司的富氫碳循環(huán)氧氣高爐（HyCROF）、河北縱橫的3R碳?xì)涓郀t、晉城鋼鐵的燒結(jié)和高爐噴吹煤層氣工藝、晉南鋼鐵和昌黎縣興國(guó)精密機(jī)件有限公司的高爐噴吹氫氣工藝等；富氫熔融還原工藝的代表是建龍集團(tuán)在內(nèi)蒙古烏海投建的CISP（非高爐氫基熔融還原）項(xiàng)目，在熔融還原基礎(chǔ)上噴吹焦?fàn)t煤氣；氫基豎爐直接還原工藝的典型代表是河鋼集團(tuán)張宣科技全球首例120萬(wàn)噸“氫基豎爐—近零碳排電弧爐”新型短流程項(xiàng)目，寶鋼股份湛江鋼鐵建設(shè)的國(guó)內(nèi)首套單體百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐；氫基流化床工藝的典型代表是鞍鋼鲅魚圈公司正在建設(shè)的全球首套綠氫零碳流化床高效煉鐵新技術(shù)示范項(xiàng)目。
整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)外均在探索多元化的氫冶金工藝路線。相較之下，國(guó)內(nèi)目前多傾向于保衛(wèi)高爐派工藝（高爐流程噴吹焦?fàn)t煤氣/煤層氣/氫氣、CCUS等），而海外傾向于徹底擺脫高爐派工藝（100%廢鋼+電爐、氫基DRI+電爐/熔分爐等）。在關(guān)鍵的氫能源上，國(guó)外傾向于直接使用電解水制氫或初始使用天然氣，再逐步用氫氣替代；國(guó)內(nèi)則傾向于使用焦?fàn)t煤氣。從國(guó)內(nèi)外相關(guān)政策來(lái)看，各種工藝均是有效的減碳措施，但隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)即將納入全國(guó)碳排放交易和2026年歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM）的正式實(shí)施，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)長(zhǎng)流程工藝的鋼鐵生產(chǎn)成本將增加，進(jìn)而失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，以氫基豎爐+電爐（DRI+廢鋼）工藝、全廢鋼電爐工藝為代表的短流程工藝即將迎來(lái)發(fā)展的春天。
氫冶金發(fā)展面臨三大難點(diǎn)
當(dāng)前，制約氫冶金發(fā)展的限制環(huán)節(jié)主要有3個(gè)方面，包括氫氣供應(yīng)、鋼鐵產(chǎn)能限制和下游“綠鋼”市場(chǎng)尚未形成。
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