幾大趨勢(shì)正推動(dòng)社會(huì)以可持續(xù)經(jīng)濟(jì)模式發(fā)展钻蹬。就煉鋼等高能耗行業(yè)而言，向氣候中性方向邁進(jìn)挥等，意味著要大力投資使用替代原料的新工業(yè)流程喉钢。在這種情況下蟋恬，T公司特別關(guān)注了以氫為基礎(chǔ)的解決方案净刮，開發(fā)出能夠顯著降低鋼鐵生產(chǎn)能耗及其環(huán)境足跡的技術(shù)笋鄙，并對(duì)其不斷改進(jìn)杯拐。本文概述了處于煉鋼創(chuàng)新最前沿的SALCOS和HYBRIT項(xiàng)目以及氣基還原過程在這些創(chuàng)新路線中的作用岭佳。

1血巍、為什么氫是革命性的

從無碳電能生產(chǎn)氫——我們稱之為綠色氫——只是正在進(jìn)行的能源生產(chǎn)革命以及從舊的燃料-能源模式向能源-燃料模式轉(zhuǎn)變的冰山一角。

對(duì)可再生能源生產(chǎn)的研發(fā)投資驼唱，既解決了全球范圍內(nèi)的溫度上升問題藻茂，也解決了更多的局部污染和環(huán)境問題，導(dǎo)致了一系列能夠降低綠色電力成本的技術(shù)的開發(fā)玫恳。然而辨赐，這樣的解決方案往往會(huì)導(dǎo)致電力生產(chǎn)不穩(wěn)定，無法滿足需求京办。因此需要以多種形式儲(chǔ)存能量掀序，如水泵、電池惭婿，以及非常方便的燃料不恭。

當(dāng)今社會(huì)對(duì)燃料的運(yùn)輸和使用已經(jīng)得心應(yīng)手叶雹，而燃料是最耗能和最穩(wěn)定的能源儲(chǔ)存方式。氫是一種能量載體：它是一種燃料换吧，可以很容易地轉(zhuǎn)化為電力折晦，再轉(zhuǎn)化為燃料，燃燒時(shí)產(chǎn)生水沾瓦。

這满着，就是氫氣革命。

2贯莺、對(duì)熔爐市場(chǎng)的影響

T公司已開發(fā)出多種節(jié)約和回收能源的技術(shù)风喇。可以從排放爐氣中回收能量缕探，并將其轉(zhuǎn)化為熱能魂莫，用于裝料（預(yù)熱）、蒸汽處理爹耗；外部應(yīng)用耙考；或者作為其他用途燃料或電能。推廣使用這些技術(shù)最重要的一個(gè)因素就是在許多情況下鲸沮，需要對(duì)它們進(jìn)行補(bǔ)貼琳骡，以使其具有經(jīng)濟(jì)意義（因此锅论，企業(yè)通常會(huì)受益于“碳信用額”和地方減少污染的獎(jiǎng)勵(lì)措施）讼溺。

最近，一個(gè)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)正在發(fā)展最易，為行業(yè)提供這種能源革命所需的材料怒坯，如金屬硅、釩和特殊鋼藻懒。

3剔猿、直接還原設(shè)備和氫的使用

T公司與墨西哥特爾尼翁鋼鐵集團(tuán)（Ternium Mexico）共用辦事處，專門研究直接還原工藝和技術(shù)嬉荆。

自20世紀(jì)50年代初以來归敬，T公司 HYL一直致力于該技術(shù)的開發(fā)和優(yōu)化，成為了直接還原技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者之一鄙早。

在全球化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO₂直接排放中汪茧，鋼鐵工業(yè)占據(jù)了其中的7％-9％，而一體化煉鋼法（始于用C進(jìn)行鐵礦石還原和熔融）是該行業(yè)CO2排放的最大因素限番。

與一體化路線相比舱污，直接還原法是一種能用礦石生產(chǎn)鋼鐵，又能夠減少碳足跡的更好方法弥虐。通過使用天然氣并選擇性捕集CO2扩灯，溫室氣體排放可低至三分之一媚赖。而且，直接還原工藝還能替換作為還原劑的C珠插。實(shí)際上惧磺，Energiron工藝可以用純氫更換所有天然氣，以進(jìn)一步減少CO₂排放捻撑，使CO₂排放量接近零豺妓。

在歐洲，仍有60％的鋼鐵生產(chǎn)以舊的碳基一體化工藝路線為基礎(chǔ)布讹，減少溫室氣體排放的探討一直在持續(xù)琳拭，而上述應(yīng)用在歐洲正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

4描验、純氫直接還原

關(guān)于使用純氫作為直接還原的還原劑/燃料白嘁，存在兩點(diǎn)疑問：一是技術(shù)上的，二是經(jīng)濟(jì)上的膘流。

從技術(shù)上來講絮缅，使用純氫會(huì)生成不含C的直接還原鐵產(chǎn)物，而C與空氣的反應(yīng)性很強(qiáng)呼股，因此很容易氧化耕魄。此外，需要在電弧爐料中添加C以進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)彭谁。從經(jīng)濟(jì)上來講吸奴，純氫的價(jià)值（以每能量單位美元計(jì)）比任何其他可燃?xì)怏w都高。

2018年的氫產(chǎn)量超過了6000萬噸缠局，價(jià)值近1000億美元则奥，其中80％的氫用于三個(gè)主要行業(yè)：精煉、制氨和金屬加工狭园。

氫因其特性和用途（尤其是在B2C和化工市場(chǎng)中）读处，可用于更高附加值的應(yīng)用中，如運(yùn)輸或其他方面唱矛。

對(duì)于Enerigiron直接還原設(shè)備罚舱，使用高氫含量的合成氣（例如，氫含量為55％绎谦，其相關(guān)的CO₂排放量比一體化路線降低82％）似乎可以解決上述技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題管闷。這大致就是T公司與薩爾茨吉特公司（Salzgitter AG）合作開發(fā)的項(xiàng)目。

5燥滑、薩爾科斯（SALCOS）項(xiàng)目

SALCOS是T公司與薩爾茨吉特公司擬共同開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目渐北。其理念就是用直接還原-電弧爐工藝路線替代高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，把碳密集型煉鋼工藝（薩爾茨吉特公司100％以高爐生產(chǎn)為基礎(chǔ)）的CO₂排放量降低85％铭拧。在該項(xiàng)目中赃蛛，所有煉鋼技術(shù)均由T公司設(shè)計(jì)并開發(fā)恃锉。

將新設(shè)施與現(xiàn)有的鋼鐵廠進(jìn)行整合是直接還原工藝所面臨的挑戰(zhàn)。通過逐步安裝啟用Energiron反應(yīng)器呕臂，最初的CO₂減排量可高達(dá)50％破托。隨著一步步將整個(gè)生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)移至直接還原設(shè)備，該數(shù)字將提高到85％歧蒋。

直接還原設(shè)備使用的氣體是與H₂混合的天然氣土砂，H₂用可再生能源通過電解產(chǎn)生，其百分比達(dá)到70％谜洽，獲得的直接還原鐵熱裝入電弧爐中萝映，從而生產(chǎn)出質(zhì)量與現(xiàn)有薩爾茨吉特產(chǎn)品極為相似的鋼。

T公司與薩爾茨吉特公司目前正在開展進(jìn)一步的研究項(xiàng)目——GrInHy 2.0阐虚，該項(xiàng)目已獲得了歐洲氫能組織以及歐盟委員會(huì)的支持序臂。這應(yīng)該是向著將鋼鐵生產(chǎn)從煤轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃獾牡谝粋€(gè)全面計(jì)劃又邁進(jìn)了一步。

GrInHy2.0與已在薩爾茨吉特成功運(yùn)行的GrlnHy第一期項(xiàng)目無縫銜接实束。Sunfire奥秆、Paul Wurth SA、Tenova SpA咸灿、法國(guó)CEA研究中心和Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH正在共同建造世界上最大的蒸汽電解槽（StE）以高效制氫构订，氫氣除了用于直接還原鐵生產(chǎn)以外，還可用于罩式退火爐避矢。

GrInHy2.0項(xiàng)目首次在工業(yè)環(huán)境中采用標(biāo)稱輸入功率為720kW的高溫電解槽悼瘾。預(yù)計(jì)到2022年底，該高溫電解槽將至少運(yùn)行13000h谷异，總共產(chǎn)生約100t的高純度（99.98%）氫氣分尸。

6、HYBRIT^®項(xiàng)目

在這一轉(zhuǎn)變浪潮中歹嘹，第一個(gè)進(jìn)行的項(xiàng)目實(shí)際上是Hybrit Development AB公司的一個(gè)項(xiàng)目，該公司是由瑞典鋼鐵公司SSAB孔庭、瑞典LKAB礦業(yè)公司和瑞典大瀑布電力公司Vattenfall組成的一個(gè)瑞典合資公司尺上。項(xiàng)目的基本思路是在鋼鐵生產(chǎn)過程中用氫氣取代焦炭和煤，目標(biāo)是在瑞典盧勒奧（Lulea）的中試工廠中創(chuàng)建一種排水而不是排CO₂的工藝圆到。如果試驗(yàn)成功怎抛，這一以HYBRIT^®為品牌的新方案將為無化石世界作出重大貢獻(xiàn)。

SSAB認(rèn)為芽淡，至少在21世紀(jì)末之前马绝，再生廢料將無法充分滿足不斷增長(zhǎng)的鋼鐵需求。事實(shí)上挣菲，直至2100年左右富稻，全球鋼鐵生產(chǎn)仍將繼續(xù)依賴鐵礦石這一主要來源掷邦。鋼鐵行業(yè)的碳足跡對(duì)歐洲以及世界其他各地而言都是一種挑戰(zhàn)，但是椭赋，瑞典在氫能煉鋼方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)抚岗，因?yàn)樗塬@得無化石燃料發(fā)電電力、最高品質(zhì)的鐵礦石哪怔，并擁有歷來具有創(chuàng)新性的鋼鐵行業(yè)宣蔚。

SSAB最早將在2025年將其在瑞典的CO₂排放量減少25%，首先是通過將瑞典奧克隆德（Oxelosund）的高爐轉(zhuǎn)換為電弧爐认境；然后在2030年到2040年之間胚委，計(jì)劃完成瑞典盧勒奧（Lulea）和芬蘭拉赫（Raahe）的高爐轉(zhuǎn)換，消除大部分剩余的CO₂排放叉信。

該公司預(yù)計(jì)到2022年篷扩，其位于愛荷華州馬斯卡汀的運(yùn)作將由可再生能源提供動(dòng)力，而這家美國(guó)公司將從2026年開始提供無化石鋼鐵產(chǎn)品茉盏，該產(chǎn)品是利用瑞典HYBRIT^®技術(shù)生產(chǎn)的直接還原鐵為原料生產(chǎn)的鉴未。與此同時(shí)，SSAB已經(jīng)開始在整個(gè)公司范圍內(nèi)逐步淘汰使用化石燃料的軋鋼廠和熱處理廠鸠姨，以到2045年實(shí)現(xiàn)無化石燃料的目標(biāo)铜秆。

中試階段：盧勒奧的無化石鋼鐵生產(chǎn)中試工廠始建于2018年夏。在HYBRIT中試工廠中讶迁，氫氣由電解水產(chǎn)生连茧，然后泵送至T公司提供的直接還原模塊中，這是使用氫氣生產(chǎn)直接還原鐵最為可靠而直接的方法巍糯。事實(shí)上啸驯，傳統(tǒng)的Tenova ZR方案無需進(jìn)行更改，只是在工藝路線中用氫氣代替了天然氣祟峦。至于其他罚斗，相同標(biāo)準(zhǔn)的ZR設(shè)備無需任何其他更改，即可工作宅楞。

產(chǎn)出的直接還原鐵將作為原料针姿，和回收的廢鋼一起，用于電弧爐煉鋼厌衙。該中試工廠已啟動(dòng)距淫。另外，還決定在靠近HYBRIT中試工廠的地方婶希，于Svartoberget LKAB基地地下約30m處建造一個(gè)試點(diǎn)氫存儲(chǔ)設(shè)施榕暇。預(yù)計(jì)該存儲(chǔ)設(shè)施于2022年開始運(yùn)行。與此同時(shí)，在2019年夏彤枢，瑞典Malkaget的LKAB基地也開始建造無化石球團(tuán)廠狰晚。在這里，化石燃料被生物燃料所替代堂污，從而實(shí)現(xiàn)無化石的鐵礦石球團(tuán)生產(chǎn)家肯。

7、結(jié)語

工業(yè)過程與加熱的電氣化是降低工業(yè)碳排放強(qiáng)度的一項(xiàng)核心技術(shù)盟猖。顯然讨衣，在不久的將來，所用的額外電力將會(huì)盡可能降低二氧化碳排放式镐。對(duì)鋼鐵行業(yè)的評(píng)估表明反镇，要使該行業(yè)脫碳，必須大量增加此類電力的供應(yīng)娘汞，而且還必須具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力歹茶。

希望從煤炭到天然氣（作為過渡燃料）的結(jié)構(gòu)化過渡，最終以綠色氫氣結(jié)束你弦。T公司并不是在單打獨(dú)斗惊豺，自2018年中以來，T公司與Techint集團(tuán)的另外兩家公司Techint E＆C和Tenaris一起組建了“ T3委員會(huì)”禽作，意在通過三個(gè)不同但互補(bǔ)的方案尸昧，來探索減少碳足跡以及氫氣的利用。

大多數(shù)歐洲鋼鐵制造商正不懈努力對(duì)各中試工廠進(jìn)行測(cè)試旷偿。其中主要有兩種方法烹俗，一種是碳捕集與利用（CCU），它仍會(huì)產(chǎn)生CO₂萍程，但可以各種形式捕集并使用幢妄；另一種是直接避免碳使用（CDA），它完全避免了CO₂的排放茫负。

T公司利用正在轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)蕉鸳，同時(shí)參與了上述兩種方法。HYL直接還原技術(shù)是煉鐵和煉鋼行業(yè)中唯一一種具有CO₂吸收裝置（工藝的固有特征）的技術(shù)朽褪，在許多運(yùn)行的工廠中置吓，CO2已經(jīng)是一種有價(jià)副產(chǎn)品，可以出售給飲料行業(yè)或石油行業(yè)以提高石油采收率（EOR）缔赠。

我們更傾向于CDA，它對(duì)整體溫室氣體足跡方面的影響更大友题，因此嗤堰，鼓勵(lì)開展更多類似瑞典的項(xiàng)目。對(duì)T公司來說，“順其自然”雖說是偶然的踢匣，但這是過去三十年來努力的結(jié)果告匠，當(dāng)時(shí)所關(guān)注的前瞻性問題，現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)离唬。

        T公司已啟動(dòng)一個(gè)名為“生態(tài)可持續(xù)”的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)后专，該平臺(tái)涉及各種事件、最佳實(shí)踐和案例研究输莺，強(qiáng)調(diào)了T公司正在兌現(xiàn)其對(duì)可持續(xù)性發(fā)展的承諾戚哎。

- 文章摘自冶金技術(shù)網(wǎng)