中国钢铁氢冶金的氢气应用现状与挑战

2024-06-18   来源:中联钢
 一、氢气在中国钢铁行业应用的现状:

1、钢铁行业未来对绿氢的需求很大。

氢冶金是钢铁行业低碳转型的主要方向;预计2050年氢冶金炼铁全部粗钢的产量的40-50%;年产250万吨纯氢直接还原铁项目还原环节用氢量为每年16万吨,那么按此计算2050年氢冶金占比达到50%的话,年用氢量将达到2000万吨。

生产一吨钢需要300MW电解槽24小时不间断生产氢气才能供应。

瑞典H2 Green Steel公司绿氢直接还原铁项目一期项目250万吨配套碱性电解水700MW制氢项目。利用当地水电资源,制氢方式主要是碱性电解水,结合少量SOEC电解水装置。

2、氢冶金商品处于极为关键和艰难的导入期;

目前总体处于试验,摸索的阶段,有少数示范和商业化项目,用氢量还不是很大,需要钢铁和氢能行业共同努力。

3、钢铁行业氢冶金目前困难是缺少绿氢的供应且成本贵。主要用灰氢替代和过渡;

4、氢冶金应用场景主要是高炉喷氢和氢气竖炉炼铁,高炉喷氢为大多数,竖炉的较少。

5、目前钢铁用氢气主要是在建或运行项目以灰氢为主,主要是焦炉煤气、煤层气,化工副产氢气;已知项目制氢签约有2-3家。

6、钢铁氢冶金目前主要富氢(CO-H2碳氢混合气体)直接使用为主、提纯或再生产的纯氢气体较少;目前项目鞍钢鲅鱼圈建焦炉煤气制LNG联产氢气是未来方向。

7、氢气供应:自产或自主(钢厂内焦炉或配套建设的焦炉煤气)为主,就近周边配套为辅助(工业园区内化工副产氢,周边煤矿地下煤层气),

8、绿氢生产方式:在建或规划中风力和光伏绿电和碱性电解水制气为主,PEM和SOEC技术未有涉及。核热联产制氢曾有规划未见实施。

二、中国氢冶金在氢气方面遇到的发展难点:资源不足

钢铁是氢产业链的需求用户端,目前主要的难点是绿氢资源缺且贵。

1、钢铁用氢的角度:从天然气到纯氢气体冶金的理论和工艺上难度不大,目前以稳为主,主动选择以灰氢和富氢气体学习摸索,后期逐步向全氢过渡;目前主要缺乏全氢工艺的工程实践,缺乏商业化大规模项目实践。

2、当氢气与氧化铁反应时,会发生吸热反应而吸收热量,因此需要注入大量加热的氢气。氢气通常被认为具有爆炸性,但我们也在寻找安全和有效率加热氢气的方法,我们认为有必要开发间接加热等新技术。

3、氢气生产与钢铁需求匹配的角度:制氢的规模、效率,稳定性,安全性能不能达到钢铁工业规模化运行的需求。钢铁和制氢,与绿电,储能之间耦合集成的问题。

3、现在钢铁用氢是本着就近,自给,富氢过渡,因地制宜的原则,主要是因为绿电和绿氢资源供给严重不足。

4、钢铁氢冶金成功实现最大挑战在于氢冶金的经济性,这个主要和生产规模和原材料和上下游产业链配套有关系,需要更低价格的绿氢。与绿氢相比,目前其它气源更易得且便宜。;制氢装置无论是自建还是专业分工都需要全新和庞大的投资。

三、氢冶金技术发展情况

1、我国有高炉喷氢自有技术,气基竖炉也有一定积累,技术不存在太高壁垒;

中国20世纪70年代自行设计攀枝花和韶钢建设天然气和水煤气为还原气的气基竖炉工业化试验生产线,80年代宝钢和鲁南化工合作开展B/L煤制气竖炉生产都很成功,这些项目最终因为铁矿石和天然气原料,制气效率及生产成本原因而下马,过去这些年因为经济性和天然气和高品位矿石资源的不足所以无发展,但有一定自有技术的积累。

一方面通过对引进项目的消化,吸收,学习加成果转化;还有自研项目技术突破;这里面主要是经济性,市场和资金的问题。特别是商业化最成熟,用氢量最大的气基竖炉路线。

2、中国在技术国产化方面上的当前进展(部分)

中晋太行,焦炉煤气竖炉项目,技术为外购伊朗,有知识产权,已实现国内设计,施工和运行。焦炉煤气配套焦化厂。

上海大学兴国铸造 全氢喷吹,40立试验高炉,吨铁250立方,每小时1800方,目前临时小批量外购。规划后期项目:规划中船718所,隆基氢能科技,河南豫氢装备合作每日30万方光伏发电,碱性电解水制氢,去年6月合作协议签约,将来配450立高炉。

晋城钢铁,中冶京诚 自有的低碳氢冶金气基竖炉项目。煤层气重整

钢研临沂示范项目 全氢竖炉,年度5万吨项目;目前使用周围化工企业氢气,罐车运输,日后规划管道灰氢或电解水制氢。

鞍钢绿氢流化床氢冶金项目,年产1万吨示范项目;今年6月份计划投产,使用鲅鱼圈当地风电,和大化所合作厂内自建碱性电解水制氢。

四、钢铁工业对于绿氢供应的要求:

绿氢用于工业的挑战之一是要满足工业连续稳定的用氢需求,在部分风光资源较优、电网对于波动电源承受有限的地区,离网制绿氢正成为趋势。从工业企业实践的角度出发,有哪些解决方案可以更好帮助绿氢在工业生产中的应用?

1、使用可逆式固体氧化物电解工艺SOEC,正常状态气少产气,气多电不足时发电,还能循环利用钢厂的余热。

2、使用液体储能的方式:比如说甲醇作为氢载体实现产,储,运,用整体产业链低成本运行。

五、中国钢铁与绿氢产业协调发展的建议:

我们的目标:绿钢需求越大,钢铁对绿氢的需求也越大,氢气供应与钢铁需求匹配;氢气可用,够用,方便且便宜。主要挑战是绿氢产业。

绿氢和绿电,绿钢,是低碳产业链的重要组成部分,也是基础能源和基础材料。作为国家实现双碳目标的重点支撑,国家要在供应端和需求端推出促进供需的政策环境。具体建议详见:飞议所思 | 谁的孩子谁抱,低碳产品导入期需要政府发力

按照绿钢生产带动绿氢使用的思路,建立系统的、全产业链的绿钢/绿氢促进使用环境;引导并建立需求和市场;

包括:碳配额市场、绿钢绿氢标准,下游产品碳足迹标识系统、采购优先,资金优惠,低碳债券或融资安排;

在绿氢供应不足的阶段,建议绿氢资源供应优先考虑钢铁这样碳排放份额更大,用氢降碳绩效更好的行业。

希望钢铁和制氢技术开发、生产企业合作研发,以实现钢氢技术集成耦合,提前介入有针对钢铁行业应用场景的个性化研发;钢铁行业企业与氢能产业公司共同投资;

首先借助成熟制氢技术研发和完善,如碱槽和PEM等技术,更好的适应钢铁工业的应用需求;发展SOEC的可逆高温电解水技术,实现从10KW到百兆瓦级的升级。

核能-制氢是不是可以得到发展,不依靠绿电; 

煤制氢路线,在CCUS之外,继续研发主动的低碳化绿色化的技术。

欢迎各位专家交流指导,联系请致电作者:13701002840,微信同号。

【免责声明】:中联钢力求使用信息的准确、信息所述内容及观点的客观公正,但不保证其不会发生相应的变更。此信息仅供客户作为参考,并不构成对客户的直接决策建议,客户不应以此取代自己的独立判断,客户做出的任何决策与中联钢无关。


本信息(报告)版权归中联钢所有,为非公开资料,仅供中联钢客户使用。未经中联钢书面授权,任何人不得以任何形式传送、发布、复制本报告。中国钢铁联合网保留对任何侵权行为和有悖报告原意的引用行为进行追究的权利。

关闭

欢迎关注

中联钢联合钢铁网

微信公众号