带你认识氢能冶金技术

带你认识氢能冶金技术目前，有两项制氢技术的研发引起人们极大的关注，两项试验项目的共同目的是用不同的制氢方法为氢时代的发展提供大量的廉价氢资源。两个项目的共同特点是以水为原料生产纯氢，产品中不含碳，后续应用过程中CO2排放为零，排放物是水。这是低碳生产、低碳生活共同需求。制氢技术一旦取得突破，将为氢时代提供丰厚的氢资源，助力氢时代创新成果爆发式涌现。制氢技术与氢能冶金是两个不同的跨界技术，制氢技术提供了氢能来源，而氢能冶金是将氢能应用在冶金工业中的技术。制氢技术是发展氢能冶金的重要基础。氢能炼铁发展历史已有百年，其核心技术是直接还原炼铁技术，该技术的发展已趋于成熟。据了解，单模块直接还原铁装置的生产规模已达250万吨/年，这为全氢炼铁、氢能炼铁奠定了装备基础。发展氢能炼铁应该与直接还原炼铁技术相结合，而A发展直接还原炼铁又应该与A的氢资源条件相结合。当下，A钢铁生产中，产生大量的焦炉煤气，焦炉煤气中含有60%H2，是氢能炼铁理想的氢资源。用焦炉煤气生产直接还原铁是推动氢时代发展最现实，最接地气的发展模式。1氢能炼铁的可行性分析1） A氢能炼铁的发展A各大院校早在上世纪60-70年代，就已经开始研发直接还原炼铁技术，为直接还原铁技术开发积累了技术经验，后因A天然气短缺而停步，失去了发展的良机。钢铁企业进行了直接还原铁的生产和开发，如首钢率先完成年产50万吨直接还原铁装置的可行性研究报告。特别应该提及的是山西太行矿业有限公司已经完成全部科学试验、工业设计、设备制造，正在紧张施工，预计在今年8月份，年产30万吨直接还原铁厂投产运营（用焦炉煤气制氢）。该装置投产后将成为A第一套用焦炉煤气气基竖炉生产直接还原铁的工业装置，引领A直接还原铁的新发展。2） 焦炉煤气制氢技术成熟焦炉煤气制氢用于合成氨属A首创。早在1976年，化肥厂开展实验室试验、半工业性试验，1979年获得成功并在当年建成年产18万吨尿素化肥厂，该厂目前仍然正常生产。由此不难看出，经40年工业实践证明，焦炉煤气制氢技术是先进的、成熟的，它可用于直接还原铁的制氢、转化、重整部分，是最佳的选择，采用国内技术和装备可以大大降低直接还原铁装置的建设投资。3） A拥有大量焦炉煤气A钢铁流程由于历史原因和煤资源的禀赋而形成长流程（BF-BOF）占99%、短流程（DR-EAF）趋于零的结构，这样的钢铁流程结构应该加以改变。但长流程生产过程中产生大量的、高化学能的焦炉煤气，为氢能炼铁提供充足的氢源，有利于A钢铁流程的再造，有利于发展中国直接还原电炉炼钢短流程工艺。2氢能炼铁的优势1） 为高质量钢材提供优质纯净铁中国的钢铁工业正在向高质量、绿色方向发展。需要强调的是，直接还原炼铁就是氢能炼铁，生产的铁不与焦炭接触，为纯净铁（含S、P在0.002以下），适合在电炉中炼纯净钢，可推动纯净钢、高质量钢材、高附加值钢材的生产构建。2） 推动低碳炼铁的发展氢能炼铁的最终产物是铁和水，无CO2排放，可推动无碳炼铁或低碳炼铁的发展。综上所述，氢能炼铁是保持中国钢铁工业高质量、绿色、可持续发展的必由之路。早在1990年，在半工业装置上就进行过90%H2的直接还原炼铁工艺试验。试验结果表明，新工艺的优势十分明显。新工艺与核能制氢、HYBRIT制氢技术相对接，将颠覆钢铁工业。1全氢直接还原工艺全氢直接还原工艺流程的特点如下。1） 该流程中还原性气体中H2含量达90%以上，可降低DRI能耗50%。2） 原料气加热重整过程产生的CO2,进行重整或回收，CO2不外排。3） 原料气经加热后喷入纯氧，提高温度到1000-1050C，提高DRI质量（金属化率达94%-96%以上），并生产高碳DRI（含碳为4%-6%）。4） 一部分顶气作为加热器的燃料保持循环气体成分的平衡。2传统直接还原流程氢增幅工艺传统直接还原流程氢增幅工艺流程的特点如下。1）在天然气为原料的传统还原工艺中，还原性气体中H2含量只能达到55%-60%左右，为提高工艺效能，向原料中加入纯氢或焦炉煤气，使原料气中含氢量增加，可提高还原工艺效能，降低DRI能耗。2）焦炉煤气中含氢60%以上，合理加入原料气中，保持氢含量的增加，降低DRI能耗。3） 在原料系统中增设增湿器，喷入水蒸气，经加热后送入还原塔中，在纯铁催化作用下，发生水煤气反应，生成H2+CO，其反应式是CH4+H2O=CO+3H2。4） 在循环系统中设有CO2回收装置，选择性回收CO2,或纯CO2商业出售。1） 不