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氢炼铁的氢咋解决?成本低吗?

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随着德国蒂森克虏伯正式启动了世界第一次在炼铁工艺中使用氢气代替煤炭,也就意味着将来钢铁生产进入了新的时代。

在传统的高炉工艺中,生产一吨生铁需要大约300公斤焦炭和200公斤煤粉,新工艺的应用将减少大量碳排放,然而这一技术在很多年前也备受质疑,比如氢气的获取。


在自然界中,煤炭是自然存在的,而氢气只能通过化学、物理等反应方法获取,最简单的就是电解水,然而电解水就的能耗也不小,常规的电解水制氢技术每标准立方需要3.5-5度电。


在林茨的奥钢联厂区,由奥钢联,西门子,VERBUND和奥地利电网组成的H2FUTURE项目联盟与研究合作伙伴K1-MET和ECN一起建造世界上最大的“绿色”氢气生产试验设施的计划。



西门子为该项目开发了目前世界上最大的PEM(质子交换膜)电解模块,每小时可生产1200立方米的“绿色”氢气,将电能转化为氢气方面实现80%的输出效率。


当前,日本钢铁协会推动的低碳工艺技术以COURSE50为基础,以氢气替代部分焦炭的氢还原炼铁技术为主,配合使用碳捕集、存储与利用技术。其中,最关键的工艺技术是氢还原炼铁技术。日本钢铁协会根据以下公式计算氢还原炼铁技术的成本:Fe2O3+3/2H2+48kJ→Fe+3/2H2O


COURSE50工艺降碳路径


日本钢铁协会估算生产1吨生铁需要601标准立方米氢气,补偿吸热反应需要67标准立方米氢气,加热融化到1600摄氏度需要85标准立方米氢气,共计需要753标准立方米氢气,按照75%的热效率计算,产生1吨生铁需要的氢气量为1000标准立方米。到2100年,全球氢气需求量为1.2万亿标准立方米/年。


日本钢铁协会还按照当前的炼焦成本估算出钢铁行业可以接受的氢气成本为7.7美分/标准立方米,按当前汇率计算也就相当于0.56元/标准立方。


对于PEM制氢成本我们没有找到相关数据,而日本物质材料研究机构(NIMS)与东京大学和广岛大学合作,共同对结合了光伏发电和蓄电池的制氢系统进行了技术经济效益评估,2030可以达到1.04-1.64元/标准立方。所以,从成本角度上考虑还是很难替代当前的主要冶炼工艺。


日本钢铁工业协会减碳技术实施路线图


而奥钢联的这一项目主要是通过西门子在该地建立风力发电机组,利用夜间用电低谷期将过剩的发电容量用于生产氢气,并储存在储氢设备中。


国内众多企业没有上马类似的项目,其主要原因也是因为成本不合适的问题。不过也不是没有完全不研究该工艺,


我国钢企在氢能利用方面的动作


2019年4月28日,生态环境部等5部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,意在进一步降低钢铁行业各生产环节的污染物排放。钢铁企业尤其是特大型钢铁企业为了适应国内国际形势,也开始积极参与氢能利用项目。


2019年1月份,宝武集团与中核集团、清华大学签订《核能—制氢—冶金耦合技术战略合作框架协议》,三方将强强联合,资源共享,共同打造核冶金产业联盟。


2019年3月份,河钢与中国工程院战略咨询中心、中国钢研、东北大学联合组建氢能技术与产业创新中心,共同推进氢能技术创新与产业发展。河钢将重点在氢气存储与运输、燃料电池汽车、富氢冶金技术等领域开展研究。


根据相关报道,我国核电成本有望降低至0.1元/度,到时,氢炼铁成本上有望低于传统炼铁工艺。


下面我们来看一个: 电能转换为氢氧气体的视频

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