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氫能報告:氫氣冶金發展較慢,技術仍需突破

   2023-09-01 智博睿99550
核心提示:氫冶金政策前置,確立四大技術路徑

氫冶金政策前置,確立四大技術路徑。2022年1月,國家發展和改革委員會、工業和信息化部、生態環境部等三部門曾發布《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》,明確提出了地方和企業指定氫冶金行動方案,推動可再生氫冶金。截至目前,鋼鐵行業針對氫冶金研究初步形成氫基豎爐直接還原煉鐵技術、氫基流化床直接還原煉鐵技術、高爐富氫冶煉技術和富氫熔融還原煉鐵技術等四大技術路徑。

根據中國氫能聯盟研究院測算,2030年,鋼鐵行業總氫氣需求約為174萬噸,其中可再生氫需求約為94萬噸,其余為工業副產氫。

空間分布方面,西北地區可再生氫資源豐富、儲運成本低,是氫能煉鐵的重要發展基地,氫氣需求最多,其次分別是華北、華南和華東地區。

目前我國發展氫冶金面臨以下困難:

(1)高品位鐵礦資源匱乏:氫基直接還原要求鐵精粉品位達到68%以上,脈石含量低于4%,而我國鐵礦石是以低品位磁鐵礦為主,高品位鐵礦資源匱乏,難以支撐我國大規模開展直接還原鐵生產。

(2)氫能資源少、利用成本高:利用綠電—電解水制氫工藝,氫氣成本是焦爐煤氣制氫和天然氣制氫的2倍~3倍,用氫成本較高,難以和高爐—轉爐長流程在成本上進行競爭。

(3)技術研發難點多:全氫直接還原煉鐵技術是對現有高爐—轉爐工藝的革新,在技術研發上具有較多關鍵問題需要解決。一是氫還原為強吸熱反應,將影響到反應器內溫度場分布,而反應溫度的變化將影響氫氣利用效率。二是依照現有氣基豎爐工藝或流化床工藝,氫還原反應器內熱量均依靠高溫還原氣的物理熱帶入,解決熱量不足問題將是未來研發重點。三是通過提高還原氣溫度和增加還原氣流量來補充熱量,將影響到氫氣在豎爐中的流速,進一步影響氫氣還原率及利用效率,同時對氣體加熱爐裝備、反應器的耐高溫、耐高壓、防泄漏、耐氫蝕性等帶來巨大挑戰。四是全氫還原無滲碳條件,不含碳的直接還原鐵熔點高、極易再氧化、自燃,難以安全儲存和運輸。

(4)可再生能源制綠氫與冶金流程耦合難度大:冶金工業是一種流程制造系統,生產基地由多個不可拆分的化工、冶金反應器組成,反應器內部高溫、高壓,伴有連續進行的多相物質相互轉化的化學反應,對系統的可靠性要求很高,必須長期連續穩定運行。

2030年中國氫能煉鋼耗氫量分布(單位:萬噸):

氫氣在鋼鐵行業的應用(三種工藝示意圖):

 
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