走向“氢气炼钢”的未来
2018-10-15 10:43 中国冶金报社 系统管理员
钢铁工业二氧化碳排放量占全球工业二氧化碳排放量的三分之一，这迫使其向更可持续的生产模式转变。近期，瑞典钢铁公司（SSAB）、瑞典大瀑布电力公司（Vattenfall）和瑞典矿业集团（LKAB）联合创立的非化石能源钢铁项目HYBRIT获得了瑞典能源署5.28亿瑞典克朗（约合5801万美元）的资金支持。
瑞典能源署向HYBRIT项目提供的资助资金主要涵盖两个子项目。一是利用氢气直接还原进行钢铁生产初步研究项目。该研究项目的目标是开发出一种以纯氢气为球团矿生产海绵铁的还原剂的技术（图1是传统高炉工艺和HYBRIT工艺的比较）。二是球团、烧结工艺的非化石能源加热初步研究项目。该研究项目有着双重目标，即在减少现有球团厂的温室气体排放的同时，设计出一种全新的造块工艺。
HYBRIT项目有望使瑞典二氧化碳排放总量减少10%，使芬兰二氧化碳排放总量减少7%，将对瑞典实现《巴黎协定》目标起到至关重要的作用。同时，该项目可有效提升瑞典钢铁工业整体竞争力，并有助于绿色能源体系的建立。
实现环境可持续性是下一步钢铁工业转型的主要目标
对于正处于转型升级关键阶段的钢铁工业来说，提高能源利用效率、采用低碳生产流程、最大程度地实现能源回收利用是当前及未来一段时间的重中之重。
很多人认为，钢铁工业难以应对大规模转型带来的挑战。这主要是由于钢铁工业属于能源和资本密集型行业，进入壁垒较高，技术创新既危险又昂贵。钢铁工业用平炉炼钢技术进行钢铁生产的时间长达50年，直到20世纪50年代，由奥地利人开发的碱性氧气转炉投入市场，才促使钢铁工业向生产效率更高、利润更丰厚的生产方式转型。如今，钢铁工业正处于另一次技术转型的关键时期。这一次转型不仅要提高生产能力和盈利能力，而且要满足环境的可持续性的需要。
HYBRIT项目将进入中试阶段
对于瑞典来说，在钢铁工业大规模地采用基于氢气的直接还原技术是可以实现的。首先，根据该技术的原理，钢企需要大量的电力来产生氢气，而瑞典具备较高的非化石能源发电能力，因此并不需要大量进口煤炭。其次，该技术与瑞典政府逐步淘汰煤炭消费的预期相吻合，因此得到了来自政府和社会的广泛支持。
SSAB、Vattenfall、LKAB将在瑞典吕勒奥建设一座HYBRIT项目的中试工厂，进行一系列非化石能源钢铁生产试验。该厂将主要采用氢气替代煤炭作为还原剂，副产物是水，而非二氧化碳。该厂计划于2020年之前建成，目前已经完成了奠基仪式。HYBRIT项目的中试阶段预计将花费14亿瑞典克朗（约合1.53亿美元），用于建设中试工厂和进行后期的科学研究。瑞典能源署提供的5.28亿瑞典克朗资金支持约占总支出的37%，其余63%（约8.7亿瑞典克朗，约合9559万美元）由SSAB、LKAB和Vattenfall共同出资。
中试工厂的试验对于证实小规模实验室的结论是非常必要的，因为其更接近于未来的工业化生产流程。借助中试工厂，可以更为清晰地理解交互联系的工业体系中出现的各类状况，并通过进一步的优化改进实现高效清洁生产。
要实现非化石能源钢铁生产，应建设能效更高的新型球团厂，这也是LKAB接下来的主要任务之一，即开发无碳直接还原球团矿。SSAB的目标是在2045年之前实现非化石能源炼钢；Vattenfall则将借助非化石能源产生的电力大量生产氢气，从而显著减少温室气体的排放。
从2024年开始，HYBRIT项目将从中试阶段转向实证阶段，计划实证阶段将为2025年~2035年。在这一阶段，HYBRIT项目将进行小规模的工业生产，并在2035年之前完成非化石能源钢铁生产工艺的研发工作。
“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术
“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术。业内一位专家表示：“除了通过基于氢气的直接还原技术和碳捕获与封存技术实现减排以外，关于减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放，当前没有更多的方式。预计到2045年~2050年，钢铁生产仍将以铁矿石为主要原材料。因此，我们需要研发出一种可以实现大规模减排的技术。目前来看，通过基于氢气的直接还原技术实现减排或许是钢铁工业已知的最佳方案，而碳捕获与封存技术属于末端解决方案，并没有从根源上解决问题。通过将废钢作为钢铁生产原材料来实现减排则面临着废钢供给不足、用废钢生产出的钢材质量不够高等问题。此外，以天然气作为还原剂进行钢铁生产在减排方面有局限，且天然气的获取在政治上存在着一定的复杂性。”
尽管基于氢气的直接还原技术是当前钢铁工业减少二氧化碳排放潜力最大的一项技术，但是，向这种生产方式转变的路径既不容易，也不明晰。
华邦建设（www.hb2003.com）分享
