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。     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

"碳达峰"和"碳中和"是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题.从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现"碳中和"需要解决的关键技术问题.分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现"碳中和"的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现...     

氢基直接还原炼铁工艺的创新与实践

氢能是21世纪最具有发展前景的清洁能源，对富氢能源的应用也是目前中国能源结构重要的发展方向之一。在“碳中和”的大背景下，中国的钢铁行业构建了“富氢减碳”的钢铁用能新体系，该体系已然成为当今行业的重要趋势。中国山西直接还原炼铁工艺(China Shanxi Direct Reduction Iron, CSDRI)以伊朗气基还原炼铁技术PERED工艺为基础，历时十余年(2010年立项，2020年12月建成试运行),开发了具有完全知识产权的集成技术。该工艺以氧化球团为原料，以焦炉煤气为气源，生产过程完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿，从源头减少碳素使用，有效降低污染物的产生。与传统高炉炼铁流程相比，生产成本具有一定优势，碳排放量得到显著降低，且工厂布局紧凑，用地得到大幅节约。该工艺对焦炉煤气有效利用，促进了焦化行业和炼铁行业的有机结合。详细介绍氢基直接还原炼铁工艺原理以及工厂运行情况，系统总结了CSDRI技术研发过程中的关键技术创新，论述了该工艺的系统组成和关键设备，梳理了其直接还原铁产品的生产指标。CSDRI工艺具有绿色低碳高效的特点，为中国氢基还原炼铁技术的发展提供了重要的指导方向，为中国钢...     

钢铁工业低碳炉料及绿色冶炼技术进展

低碳绿色发展是推动钢铁工业转型升级的重要途径。我国钢铁生产以“烧结—高炉—转炉”长流程为主,且短期内难以被替代。烧结和高炉工序碳排放占钢铁工业总排放量的80%以上,是钢铁工业低碳绿色发展的关键环节。本文系统介绍了低碳烧结、低碳球团、新型炉料等关键技术研发及应用现状,深入阐述了低碳炉料制备技术在减污降碳方面的重要作用;围绕高炉冶炼工序绿色低碳发展,从风温、富氧、富氢燃气及生物质喷吹等多维度探讨了降低高炉工艺碳素消耗、提升冶炼水平的技术效果;此外,本文对气基直接还原和熔融还原等非高炉炼铁技术在国内外发展现状进行了比较分析,为钢铁工业绿色发展和转型升级提供重要参考。     

低碳绿色炼铁技术发展动态及展望

 当前,为积极应对气候变化等一系列问题,世界各国纷纷提出了绿色减排计划。与此同时,中国相应提出了“碳达峰、碳中和”节能减排目标,并以“1+N”等政策体系作为实现可持续发展战略、积极应对气候变化、履行大国义务的核心支持。钢铁工业作为31个制造业门类中碳排放量最大的行业,自然而然成为节能减排战役中的“排头兵”。目前,复杂的高炉生产工艺仍然以煤、焦等化石资源作为主要燃料,使得其成为钢铁流程中的碳耗大户、碳排放大户、污染排放大户,因此高炉炼铁工艺的绿色低碳转型升级已迫在眉睫。从背景介绍、发展动态以及未来发展展望这3大部分对低碳绿色炼铁技术进行论述,其中对绿色低碳炼铁技术发展动态部分进行了详细阐述。首先就优化节能低碳操作和构建循环经济环保圈两个层面,从精细炉料操作、提升生产技术等多个角度讨论了如何实现高炉工艺低碳绿色炼铁;其次从非高炉领域入手,对直接还原工艺和熔融还原工艺的国内外发展现状进行阐述,并进行了相应的比较与分类汇总;之后从创新型炼铁工艺(氢冶金、智能化炼铁)角度探讨了此类技术的发展态势。最后,综合当前绿色低碳炼铁技术发展最新动态进行了5个方面的展望,明确了“绿色低碳为方向,节能减排是目标”的任务方向。     

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。     

关于中国钢铁企业炼铁系统减碳路线的思考

节能减排是目前钢铁企业面临主要任务之一,结合中国钢铁企业炼铁系统的情况,对传统高炉炼铁流程实 现减排的技术优化措施进行了分析,介绍了以降低高炉燃料比为核心的减碳技术和低碳能源的开发利用情况;根 据气基直接还原工艺技术的要求并依据国内现有能源、资源分布状况和结构特点,展望了国内钢铁行业炼铁系统 减碳工作的前景。     

碳中和背景下的低碳冶金初探与工业实践

"碳中和"、"碳达峰"背景下,钢铁企业实现节能减排以铁前工序最为关键,低碳冶金现存多种工艺路径,主要分为非高炉炼铁和低碳高炉炼铁两大门类.高炉喷吹焦炉煤气的工业化应用为高炉富氢冶炼实现了良好的开端.未来,高炉仍将作为炼铁工业的核心装备,高炉低碳冶炼、全氧高炉、氢冶金的发展将为我国实现碳达峰碳中和作出积极贡献.非高炉炼铁...     

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。     

高炉的碳达峰与碳中和

分析现阶段我国高炉炼铁工艺各环节涉及的碳排放因子,研究高炉降碳潜能。提出了改善原料结构,推动大球比冶炼、用生物质煤等清洁能源部分取代高炉传统化石能源、推广除尘灰压块技术等多项具体的高炉降碳措施。对高炉氢能冶金的降碳效果进行了评估和可行性分析,并对传统的高炉长流程冶炼和新型去高炉短流程冶炼进行能耗对比,挖掘现有装备和工艺技术条件下高炉最大的降碳能力,探索高炉降碳的新工艺、新技术,旨在助力我国高炉炼铁实现低碳、高效、绿色、可持续发展,早日实现碳达峰和碳中和的发展目标。     

《低碳炼铁技术》出版发行北大核心

《低碳炼铁技术》已于2021年5月由冶金工业出版社出版发行。该书概述了低碳炼铁背景和主要技术方向,详细阐述了高炉喷吹焦炉煤气富氢还原炼铁技术,复合铁焦和含碳复合炉料制备及高炉低碳冶炼技术,气基竖炉直接还原短流程及其应用于高铬型钒钛磁铁矿高效清洁冶炼技术,不锈钢粉尘、硼泥和铝业赤泥等典型冶金二次资源高效高值化利用技术的最新研究成果。     

氢冶金技术的发展溯源与应用前景

围绕“以氢代碳”对钢铁工业中实现碳减排工艺进行了梳理和溯源。实现碳减排的途径需要发展以氢气作为还原剂的氢冶金工艺。目前世界主要钢铁产区发展了从高炉喷吹燃料工艺到高炉富氢冶炼工艺、从非焦冶炼工艺到全氢直接还原工艺等两大氢冶金技术路线。从各国远景规划来看,发展氢基直接还原工艺及电炉炼钢短流程是氢冶金技术的重要方向。同时在低成本绿氢技术突破前,使用焦炉煤气等灰氢是中国从“碳代替”到“氢冶金”的重要过渡。     

"双碳"背景下我国炼铁碳减排路径

结合我国高炉炼铁生产现状,从优化炉料结构、提升高炉操作水平、关键节能降碳技术创新、能源高效回收利用、突破性的低碳新技术等方面,分析了"双碳"背景下我国炼铁工序的碳减排路径.认为,应在保持炼铁生产绿色、高效、智能的前提下,发挥多种措施和手段,降低碳排放强度,实现低碳转型发展;实现炼铁系统本身的"碳中和"依靠现有工艺技术难...     

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...     

含碳量对铁基熔体基础物性的影响研究

在当前碳达峰、碳中和目标的背景下,钢铁行业承担着艰巨的减碳任务,同时也为钢铁行业向绿色环保的低碳冶金方向转型升级提供了机遇.在非高炉炼铁工艺流程中,碳会影响铁水的物性及渣铁界面的反应,而对于正在发展的氢冶金工艺,氢的存在也会对铁中碳的作用行为产生影响.本文从传统高炉冶炼工艺入手,首先对铁水表面张力、渣铁界面张力、铁水黏...     

“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念。基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”。结合当前钢铁工业生产结构、冶炼原材料供应、冶炼能源、节能减排水平以及CO₂排放现状,给出了合理的碳达峰时间及峰值。未来二三十年中国钢铁生产主要流程依然是长流程和短流程并存,氢冶金技术还难以进行工业生产,提升全废钢短流程炼钢的比例是降低碳排放的主要措施。从长远来看,长流程中炼铁工艺由碳还原逐渐向氢还原是大势所趋,炼铁工序的产品将由原来的高碳铁水转变为低碳铁水或直接还原铁（DRI）,具有较高脱碳的转炉炼钢就没有明显优势,发展电弧炉炼钢流程是必然选择。但实现“碳中和”还要依靠氢冶金,碳捕集、利用与封存技术的发展和应用,以及制度的变革。基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究,针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题,开发了一系列关键技术,实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制,为全废钢电弧炉的发展提供理论支持。      

熔融态铁氧化物碳氢还原热力学与动力学研究现状

氢能在冶金领域的应用是实现低碳发展的重要途经之一。目前虽然在富氢高炉和氢基直接还原炼铁领域取得诸多成果,但在碳氢熔融还原炼铁仍有许多不足之处。通过分析碳、CO以及氢气还原熔融态铁氧化物的研究,总结熔融还原过程基本热力学特点,并对影响动力学参数的因素进行分析。结果表明,在熔融温度(1 369℃)以上氢气还原FeO在热力学上有一定的优势。还原温度高于1 538℃,(即还原物和还原产物都为熔融态),还原气体流量为3 mL/min以及碱度为1.1～1.3时有利于熔融反应的进行。关于碳氢还原熔融态铁氧化物的研究还不充分,还需要进一步解析还原过程、限制环节以及微观机制等。     

“双碳”目标下氢冶金发展现状和应用前景

作为支撑我国国民经济发展的基础性行业之一,钢铁行业碳排放总量占全国15%左右,是占比最高的制造业,也是“双碳”目标下工业绿色发展的主战场。目前我国钢铁行业仍以碳排放强度高的长流程为主,粗钢产能约占90%。在双碳目标背景下,“减污降碳”是钢铁行业高质量发展、落实生态文明理念的必然选择。与传统的碳冶金相比,氢冶金可以从源头降低二氧化碳排放量,使钢铁行业摆脱对化石能源的依赖。业界普遍认为,碳达峰碳中和目标下,氢冶金成为钢铁行业实现低碳发展的最为可行途径。本文结合中国钢铁行业特点,分析和展望中国氢冶金的发展模式,进一步提出推动氢冶金发展的相关建议。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大,主要由高炉 转炉长流程生产,其能源结构中90%为煤炭,是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实,提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径,分析了该工艺研发所面临的关键问题,以期引起钢铁行业的重视,为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

氢系燃料非高炉炼铁技术现状及发展趋势

"双碳"背景驱动下,氢系燃料的制备及利用与非高炉炼铁技术相结合已成为推动钢铁生产从传统的"碳冶金"向"氢冶金"转变的必然趋势.本文对非高炉炼铁技术的现状及氢系燃料在非高炉炼铁中的应用进行了分析,并在综合分析我国资源及能源特点的基础上,得出在煤、天然气、风光水电、生物质丰富的地区,分别发展煤制气、天然气蒸汽重整制氢、电解...