Ciência popular | Uma explicação detalhada da metalurgia do hidrogênio

Nos últimos dias, o primeiro projeto de demonstração de metalurgia de hidrogênio de 1,2 milhão de toneladas da Hesteel alcançou uma produção contínua segura e suave de produtos verdes DRI. Atualmente, a taxa de metalização dos produtos DRI atingiu 94% e os principais indicadores atenderam totalmente aos padrões de produtos qualificados. Eles podem ser usados ​​como materiais de alta qualidade para fabricar matérias-primas limpas de alta qualidade e são matérias-primas importantes para substituir sucata de forno elétrico, especialmente sucata de alta qualidade. Isso marca o sucesso total da primeira fase do projeto de demonstração de metalurgia do hidrogênio da HBIS. Este projeto é o primeiro exemplo da aplicação do hidrogênio como fonte de energia para produção industrial em larga escala. Um marco importante na transformação.

Com o "pico de carbono e neutralidade de carbono" se tornando o tema principal do desenvolvimento industrial global, a indústria siderúrgica, que ocupa o segundo lugar em emissões de carbono, precisa passar por profundas reformas. Devido ao seu enorme potencial de redução de emissões, a metalurgia do hidrogênio tornou-se o patamar de comando que as empresas siderúrgicas líderes estão determinadas a conquistar. Muitas empresas siderúrgicas nacionais e estrangeiras estão implantando vigorosamente projetos como metalurgia de energia de hidrogênio, preparação de hidrogênio verde e fornecimento de energia de hidrogênio. Da "metalurgia do carbono" à "metalurgia do hidrogênio", espera-se que a indústria do ferro e do aço remova os chapéus das altas emissões de carbono, alta poluição e alto consumo de energia.

Reação de redução com substituição de hidrogênio por carbono

A metalurgia do hidrogênio usa hidrogênio em vez de carbono como agente redutor e fonte de energia para a fabricação de ferro. O produto da redução é a água, que pode atingir zero emissões de carbono (a fórmula básica da reação é Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O, o agente redutor é o hidrogênio e os produtos são ferro e água).

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Redução de Alto Forno Rico em Hidrogênio

Ou seja, gases ricos em hidrogênio, como o gás natural e o gás de coqueria, são injetados para participar do processo de fabricação do ferro. Experiências relevantes mostraram que a produção de ferro de redução enriquecido com hidrogênio em altos-fornos pode reduzir as emissões de carbono até certo ponto, acelerando a redução de carga, mas como o processo é baseado em altos-fornos tradicionais, o efeito esqueleto do coque não pode ser completamente substituído e a quantidade de injeção de hidrogênio tem um valor limite, geralmente acredita-se que a taxa de redução de emissão de carbono da redução rica em hidrogênio do alto-forno pode chegar a 10%-20%, e o efeito não é significativo o suficiente.

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Forno de cuba de redução direta à base de gás

Ou seja, usando uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono como agente redutor, o minério de ferro é convertido em ferro reduzido direto, que é então colocado em um forno elétrico para posterior fundição. A adição de hidrogênio como agente redutor controla efetivamente as emissões de carbono. Em comparação com o alto-forno de redução rico em hidrogênio, a emissão de dióxido de carbono por tonelada pode ser reduzida em mais de 50%. Este método é mais adequado para a metalurgia do hidrogênio.

A taxa de redução de carbono do enriquecimento de hidrogênio do alto-forno é de 10% a 20% e o efeito é limitado. O processo de forno de eixo de redução direta à base de gás é uma tecnologia de redução direta que não requer coque, sinterização, fabricação de ferro, etc., e pode controlar as emissões de carbono da fonte. Em comparação com a redução rica em hidrogênio do alto-forno, a taxa de redução de carbono pode chegar a mais de 50% e o potencial de redução de emissões é relativamente baixo. É uma maneira eficaz de expandir rapidamente a produção de ferro reduzido direto. No entanto, o forno de cuba à base de gás tem muitos problemas, como forte efeito de absorção de calor, aumento do volume de gás H2 no forno, aumento do custo de produção, diminuição da taxa de redução de H2, alta atividade do produto e dificuldade de passivação e transporte.

Lançamento multinacional do roteiro da tecnologia de metalurgia de hidrogênio

Nos últimos anos, a indústria global de ferro e aço está realizando ativamente a prática da metalurgia de energia de hidrogênio. Empresas siderúrgicas na Europa, Japão, Coréia do Sul e outros países e regiões formularam roteiros de tecnologia de metalurgia de baixo carbono, incluindo metalurgia de energia de hidrogênio, pesquisa e desenvolvimento acelerados, testes e aplicações e buscaram avanços tecnológicos para alcançar a neutralidade de carbono.

Atualmente, já existem alguns casos de tecnologia de metalurgia do hidrogênio no mundo, como o projeto HYBRIT de ferro anidrido sueco, o projeto Salzgitter SALCOS, o projeto VAI H2Future e o projeto ThyssenKrupp Carbon2Chem na Alemanha.



A China ainda tem um longo caminho a percorrer para realizar a "metalurgia de hidrogênio verde" . No entanto, os projetos de demonstração ainda estão em fase de testes industriais, e ainda há infraestrutura imperfeita, padrões relevantes em branco, custos elevados e questões de segurança. Hidrogênio e outras questões, e considerando fatores como fonte de gás, preparação, armazenamento e transporte e custo nesta fase, a maior parte do hidrogênio usado ainda é "hidrogênio cinza", e ainda há um longo caminho a percorrer antes de realizar "green metalurgia do hidrogênio".

Os principais métodos de utilização da metalurgia do hidrogênio na indústria de ferro e aço da China incluem: tecnologia de fundição rica em hidrogênio de alto-forno, tecnologia de redução direta de forno de eixo de hidrogênio, tecnologia de produção de ferro de redução de fundição baseada em hidrogênio, etc. empresas, a tecnologia de metalurgia de hidrogênio pode ajudar a reduzir significativamente as emissões de carbono, promover a utilização de recursos de carbono, promover o desenvolvimento de novos processos verdes de processo curto, realizar fundição sem fósseis e abrir o acoplamento de energia de aço-químico-hidrogênio para reduzir a rota de carbono . Além disso, a energia do hidrogênio também obteve bons resultados em conservação de energia e proteção ambiental no campo de logística e transporte de empresas chinesas de ferro e aço.

Se a China quiser realizar a metalurgia do hidrogênio verde, ela precisa estudar as principais tecnologias nas áreas de utilização de energia verde distribuída, produção e armazenamento de hidrogênio, metalurgia do hidrogênio e remoção de CO2 no futuro, e formar um novo processo de produção metalúrgica de ferro e aço com energia de hidrogênio como o núcleo.

O futuro da metalurgia do hidrogênio não está longe

A pesquisa sobre projetos globais de metalurgia do hidrogênio é dividida principalmente em três etapas: (1) antes de 2025, estabelecer um projeto piloto de demonstração para verificar a viabilidade da metalurgia do hidrogênio em larga escala; (2) até 2030, usar hidrogênio do gás de forno de coque e outros subprodutos para a metalurgia do hidrogênio (3) Até 2050, a substituição do hidrogênio cinza pelo hidrogênio verde será realizada e a produção industrial da metalurgia do hidrogênio será realizada.

Atualmente, a cooperação entre a energia do hidrogênio e a indústria siderúrgica é um resultado em que todos saem ganhando: a metalurgia do hidrogênio conduz à conservação de energia e redução de emissões para empresas siderúrgicas e à conclusão da transformação de baixo carbono; as empresas siderúrgicas fornecem aplicações mais práticas para a energia do hidrogênio, enriquecendo a cadeia industrial a jusante da energia do hidrogênio. A energia do hidrogênio e a indústria siderúrgica se complementam. Propício para o desenvolvimento de novas energias.

A aplicação da metalurgia do hidrogênio na indústria siderúrgica ainda enfrenta uma série de grandes desafios, como a economia do hidrogênio verde ainda precisa ser melhorada, a falta de experiência na aplicação da tecnologia, o alto custo de armazenamento e transporte de energia do hidrogênio, e a falta de demanda do mercado downstream para produtos de ferro reduzido direto à base de hidrogênio.

Para o futuro desenvolvimento e aplicação da metalurgia do hidrogênio na indústria siderúrgica, três sugestões são apresentadas:

Um deles é o avanço do sistema. A utilização da energia do hidrogênio deve ser promovida em todo o sistema da cadeia industrial, como produção de hidrogênio, armazenamento de hidrogênio, transporte de hidrogênio e uso de hidrogênio. Em particular, os cenários reais de aplicação da produção de aço devem ser coordenados e a profunda integração de "produção, educação, pesquisa e uso de ouro" deve ser sistematicamente promovida.

A segunda é jogar um mecanismo orientado para o mercado. Nesta fase, o custo do processo de fundição de hidrogênio ainda é muito maior do que o do processo de produção tradicional. É necessário desempenhar plenamente o papel de mecanismo de mercado na inovação tecnológica e em outros campos e otimizar ainda mais a alocação de recursos, como financiamento e talentos.

A terceira é fortalecer a cooperação internacional. Devemos nos concentrar ainda mais em links inovadores específicos, fortalecer os intercâmbios internacionais, incluindo conceitos, pesquisa científica, tecnologias, caminhos e métodos de gestão, e promover uma cooperação internacional aprofundada.

Yu Yong, presidente da World Steel Association, presidente do World Steel Development Research Institute, secretário do Comitê do Partido e presidente do Hegang Group, apresentou que nos últimos 30 anos, a indústria siderúrgica global melhorou a eficiência energética e promoveu a aplicação de novos processos e novas tecnologias para reciclagem, e a energia total por tonelada de aço aumentou. O consumo foi reduzido em 50%. Atualmente, a indústria siderúrgica global é responsável por cerca de 8% do consumo mundial de energia e 7% das emissões mundiais de carbono. De frente para o futuro, a indústria de ferro e aço é a melhor maneira de obter emissões de baixo carbono ou mesmo "zero carbono", seja na inovação da estrutura de energia, na inovação da estrutura do processo ou na aplicação da energia do hidrogênio. Em particular,

Embora limitada por vários fatores, como meio ambiente e custo, a indústria siderúrgica ainda não alcançou "um hidrogênio até o fim", mas o desenvolvimento de energia limpa é a direção e a missão, e o potencial da "metalurgia do hidrogênio" é ilimitado.