钢铁行业氢冶金技术中氢源问题分析

氢冶金技术是钢铁行业高质量发展的革命性技术之一,其具有较强的技术优势和良好的发展前景。钢铁行业生产规模巨大,规模化实施氢冶金需要大量的、低成本、环境友好型且环保效能和能源转换效率高的氢源,但制氢技术路线又受到经济性和低碳性的制约。因此,本文主要对钢铁行业氢冶金技术中氢的来源问题进行了分析,以期为未来氢冶金技术的开发提供参考。     

基于富氢焦炉煤气零重整的氢冶金工程技术

氢能是21世纪最具发展力的清洁能源,是中国未来能源体系的重要组成部分。构建“以氢代碳”的钢铁用能新体系是中国钢铁行业实现“双碳”目标的重要方向。针对以氢能源为基础的氢冶金技术原理和工艺流程,对氢冶金流程工程化、关键技术、技术经济指标、运行成本估算及CO₂减排情况等进行探讨,全面论述了氢冶金工程的系统组成和关键设备、工厂布局等情况。工程实践表明,以富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺,采用气体零重整和气基直接还原炼铁技术,以氧化球团为原料,完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿,从源头减少碳素使用,污染物产生和排放大幅减少;无烧结、焦化工序,总图布置紧凑,大幅节约用地;以焦炉煤气为气源的氢冶金,生产成本具有一定优势;根据技术经济指标估算,基于富氢焦炉煤气的氢冶金与高炉炼铁流程相比,可实现吨铁碳排放降低58.8%左右。氢冶金工艺可为后续电炉炼钢提供优质的高纯铁质原料,对提升中国钢铁产品质量具有重要意义,为未来钢铁行业实现绿色、低碳、高质量发展奠定了坚实基础。     

氢的大规模制备及在钢铁行业的应用和展望

中国钢铁产量占世界总产量的一半以上,随着全球“碳达峰”“碳中和”的推进,钢铁行业面临着巨大的低碳发展挑战。氢能被认为是一种低碳能源,“以氢代碳”是实现源头降碳和流程低碳转型的重要途径之一。重点介绍氢气基本性质、制备来源与碳排放的关系,探讨煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢4种主流大规模制氢路线的技术特性、发展现状、制备成本和发展方向,结合钢铁行业的用氢特点,对氢在氢冶金和燃料替代方面的应用前景进行分析展望,提出中国钢铁行业通过实施氢能利用逐步实现低碳转型的发展路径。     

氢冶金原理及工业化应用研究进展

基于氢冶金热力学、动力学和工程学原理,对冶金过程氢能利用和技术进展进行了系统综述,分析了传统冶金过程扩展应用氢能的方式、方法和限制环节,总结了氢冶金技术研发和工业化推广的方向,探讨了碳氢熔融还原工艺的氢冶金关键技术,可以为推进氢能产业发展提供参考.     

试论氢冶金工程学

由于炼焦煤和焦炭资源的日益短缺,限制了传统炼铁工业的进一步发展.进行了发展氢冶金工艺,替代碳还原剂的可行性分析.认为氢作为还原剂用于炼铁工艺,不仅可行,而且有许多传统炼铁工艺不可比拟的优势.     

利用焦炉煤气制备冶金还原气的热力学分析

在实验的基础上对用焦炉煤气制取冶金还原气进行了热力学研究,对有固相碳、氢、氧及惰性气体的非均相系统,提出了一种计算相平衡组成的迭代方法,将化学平衡和物料平衡方程进行数学变换,用牛顿迭代法求解非线性方程组,准确、快速地计算了非均相系统的平衡组成。     

利用焦炉煤气制备冶金还原气的动力学研究

用圆形的刚玉管作反应器,分别进行不用催化剂和用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢屑作催化剂进行焦炉煤气制备冶金还原气的气体转化实验,测相应温度和压力下的动力学数据,分别回归出ＣＨ４的转化方程。加以分析和比较,研究各自对转化反应的催化效果,并提出合理的动力学模型。     

流化床低温氢冶金技术分析

通过热力学计算对流化床低温氢冶金技术进行了分析.传统流化床氢还原工艺气体消耗量大、设备利用率低.计算表明:矿粉预热时,对于全氢还原,当氢气温降为100 K时,氢气用量为6 394 m3;当氢气温降为200 K时,氢气用量为3 189 m3;对于富氢(CO含量为30%)还原,还原气温降为100 K和200 K时,还原气用量分别为4 367 m3和2 195 m3.因此,富氢还原的一次气体消耗量要低于全氢还原,受资源条件的限制,在我国应优先发展富氢还原.为了降低气体用量,低温氢冶金工艺应采用多级流化床,同时对矿粉进行预热.低温快速氢冶金工艺利用新型流化床对细微矿粉进行直接还原,可以使还原速度和气体利用率显著提高.     

高温熔态氢冶金技术研究

通过热力学计算,对不同模式下用氢气取代碳以减轻熔炼炉下部热负荷的可行性进行了研究.计算结果表明:对于现有的铁浴法熔融还原工艺,向铁浴炉下部喷吹氢气,不能降低还原区的热负荷;如果改变现有流程,通过减少喷煤量和增加氢气喷吹量,使C∶O小于1∶1能够达到减轻铁浴炉下部还原所需热负荷的目的;全氢熔态还原可以实现绿色冶金,但有待进一步开发.     

氢冶金工艺技术发展现状及应用

钢铁行业为中国重要的经济支撑行业,也是主要的碳排放行业。氢能在冶金领域的应用是一种环保、高效的钢铁生产技术,是实现低碳发展的重要途经之一。在全面介绍富氢高炉、氢基直接还原、氢基熔融还原工艺的基础上,分析各种工艺在冶金工业的应用情况,并且系统探讨了各工艺的探索及实践。综合各种工艺的优缺点,分析了中国低碳背景下氢冶金的发展趋势。目前中国钢铁行业的生产还是以长流程为主,要实现2035年减排30%的目标,富氢高炉工艺可作为现阶段工艺技术改进的首选方向。但是富氢高炉工艺实现碳减排的能力比较有限,碳减排幅度为10%～20%,无法满足未来碳中和的目标。相比于富氢高炉工艺,氢基直接还原铁工艺的碳减排可达到50%以上,因此,氢基直接还原工艺可作为未来发展的主要路线。氢基熔融还原也有较好的碳减排效果,且生产出的高纯铸造生铁可用于高端铸件领域,但是目前对其研究不够充分,还处于基础研究阶段,与大规模的工业化生产还有较大的差距。氢冶金作为钢铁行业低碳绿色发展的重要途径,中国起步较晚且还面临基础研究薄弱、短期成本高等问题,随着绿氢产业的发展,绿色氢冶金将是未来钢铁行业绿色发展的重要方向。     

等离子体氢还原铁氧化物的研究进展

等离子体氢因其化学活性的优势,迅速成为氢冶金领域的研究热点。目前等离子体氢还原铁氧化物的基础理论研究仍不完善,主要缺少对其微观机理、杂质元素迁移规律等方面的研究。通过对等离子体氢还原铁氧化物的相关研究进行回顾,从热等离子体氢的还原入手,再到冷等离子体氢的还原,对国内外等离子体氢还原铁氧化物的研究方法进行概括,并对等离子体的还原机理和应用进展进行详细分析。结果表明,与氢气还原铁氧化物相比,热等离子体氢和冷等离子体氢在还原过程中更具热力学和动力学优势,并且由于体系中有较高浓度的振动激发分子氢,冷等离子体氢被认为拥有更大的发展潜力。研究结果为后续学者的试验设计提供参考,并为其研究方向提供建议。     

粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的研究进展

概述了粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的研究进展, 介绍了颗粒增强镁基复合材料的常用基体和微米级、纳米级增强体。重点阐述了粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的工艺, 包括增强体预处理工艺、混合粉体成形工艺及烧结工艺。总结了粉末冶金制备工艺对复合材料组织与力学性能的影响规律, 包括增强体-基体界面结合情况的研究和颗粒增强体强化机制的探究。最后, 对粉末冶金法制备颗粒增强镁基复合材料的发展前景进行了展望, 并提出改进措施。     

南钢富余焦炉煤气提纯制氢-电力多联产综合利用

为了提高南钢富余焦炉煤气利用的热效率和经济性，提出了富余煤气综合利用的合理可行的氢气-电力多联产系统方案。项目的实施，不仅能产出低成本高附加值的产品氢气，而且，焦炉煤气提纯氢气后，其热值却由17822kJ／m^3上升至29093kJ／m^3，煤气热值上升63．2％，用于火力发电，将大大减少烟气中水蒸汽含量与烟气热损失，缓解锅炉尾部烟道因蒸汽分压过高而引起的结露问题，提高锅炉热效率。钢铁企业富余焦炉煤气提纯制氢气-电力多联产综合利用，对提高企业的经济效益，缓解我国能源紧张，促进环境改善和实现能源的持续性发展有重要意义。     

氢冶金竖炉还原域的数值模拟分析

钢铁工业是中国国民经济发展的重要基础产业,在中国"碳达峰、碳中和"的背景下,低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力.环境意识的日益提高迫切需要开发创新技术,氢冶金在炼铁环节利用清洁和可再生能源,是全世界公认的最清洁环保的冶金技术.H2的利用可以减少炼铁过程产生的温室气体,从源头上减少碳还原剂带入的排放.氢冶金竖炉的数值模拟是...     

变压吸附制氢技术在邯钢冷轧工程中的应用

介绍了变压吸附(PSA)技术在邯钢冷轧工程中应用于焦炉煤气提氢的工艺及特点。通过与水电解制氢方法进行比较,指出焦炉煤气变压吸附制氩装置具有投资少、产量大、运行费用低等优点。     

国内焦炉煤气脱硫废液处理研究进展

介绍了焦炉煤气脱硫废液的来源、水质特点及生物毒性,重点分析了国内脱硫废液的处理方法包括热分解法、结晶提盐法、膜法、萃取法、沉淀法、催化氧化法和离子交换法的研究进展。最后提出了脱硫废液的处理需结合钢铁企业长流程的特点,实现脱硫废液的内部消化及无害化的建议。     

钢铁企业焦炉煤气利用的一个重要发展方向

 通过对焦炉煤气的用途,用于加热、发电、制造氢气、甲醇、生产直接还原铁等进行比较,结合钢铁企业的实际情况,得出钢铁企业焦炉煤气合理的应用是提取氢气作为原料生产化学产品。通过比较目前生产氢气的两种方法,深冷法和变压吸附法,可知焦炉煤气变压吸附制氢法是中等规模制氢的经济、技术成熟的好方法,其难点是煤气压缩机。在以钢铁工业为核心的循环经济链中,石化厂是重要的环节之一。     

半导体光解水制氢的研究

直接利用太阳能光解水制氢是解决世界能源危机的重要途径之一 ,本文概述了利用光催化技术催化分解水制氢的反应机理 ,介绍了几种现已研究的光催化剂及提高其光化学反应活性的途径 ,并对未来的研究方向做了展望     

焦炉煤气制氢控制系统的开发与应用

煤气制氢工艺复杂,为保证装置的长期、稳定、安全运行,开发了制氢自动控制系统,该系统的硬件采用西门子的S7-300控制系统,开发的软件除了具有7个基本功能以外,还具有自适应随动调节、故障塔切除与恢复控制等特殊功能,自动化程度高且具有操作方便、故障率低、维护量小、精度高等特点。     

鞍钢鲅鱼圈7m焦炉烟气SO2排放指标控制实践

针对鞍钢鲅鱼圈7m焦炉烟气SO2排放指标偶有超标的情况,分析了焦炉烟气中SO2的主要来源,提出了降低焦炉煤气H2S含量、减少焦炉炉墙窜漏和控制异常生产状况下焦炉烟气SO2指标等方面的措施,实施后,焦炉烟气SO2排放指标能够控制在25mg/m^3以下,满足标准要求。