二氧化碳減排70%以上
8月3日下午,位于張家口市宣化區(qū)的河鋼集團(tuán)張宣高科科技有限公司氫冶金項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng),一座118米高的氫基豎爐巍然聳立,豎爐周圍簇?fù)碇幚?、加熱爐、二氧化碳脫除等裝置,高低錯(cuò)落的通廊、密集架設(shè)的管道將各個(gè)裝置連接,整套設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。
2022年12月,張宣科技120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通,這是全球首例采用“焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金示范工程。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行,今年5月,項(xiàng)目正式實(shí)現(xiàn)安全、連續(xù)、順利生產(chǎn)。
置身現(xiàn)場(chǎng),氫冶金與傳統(tǒng)煉鐵工藝在觀感上差別很大。傳統(tǒng)高爐被氫基豎爐取代,一個(gè)個(gè)銀白色的反應(yīng)罐,密布的管道和閥門、儀表,也是傳統(tǒng)高爐煉鐵所沒有的,這里更像一座化工廠。
“這些反應(yīng)罐和管道內(nèi)流通的是焦?fàn)t煤氣,焦?fàn)t煤氣經(jīng)過深度凈化、脫除雜質(zhì),加壓進(jìn)入氫基豎爐內(nèi),之后該氣體的主要成分氫將與鐵礦石進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。”張宣科技?xì)湟苯鹱鳂I(yè)區(qū)作業(yè)長(zhǎng)呂志敏一邊說,一邊手指管線描述大致流程。
采用氫氣作為還原劑和過程燃料,是氫冶金與傳統(tǒng)高爐煉鐵本質(zhì)的不同。“高爐煉鐵是鐵礦石和焦炭反應(yīng),將鐵礦石中的氧化鐵還原成單質(zhì)鐵,變成鐵水。而氫冶金是氫與鐵礦石反應(yīng),置換出鐵礦石中的氧,整個(gè)過程是氣體與固體的反應(yīng)。”呂志敏將兩種工藝進(jìn)行對(duì)比。
與傳統(tǒng)工藝比,氫冶金在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源替代的同時(shí),也改變了整個(gè)冶金的生產(chǎn)流程。
當(dāng)前,鋼鐵企業(yè)普遍的冶煉工藝是“高爐+轉(zhuǎn)爐”的模式,在高爐冶煉出鐵水,再經(jīng)轉(zhuǎn)爐熔煉成鋼,這種模式被稱為長(zhǎng)流程煉鋼。氫冶金技術(shù)省去高爐等流程,所產(chǎn)出的DRI(直接還原鐵)產(chǎn)品直接轉(zhuǎn)入電爐,工藝流程環(huán)節(jié)減少,復(fù)雜度也大大降低。
能源的轉(zhuǎn)換,加上冶煉流程的縮短,氫冶金帶來最直接的改變是
碳排放量的變化。對(duì)此,全程參與氫冶金項(xiàng)目的張宣科技技術(shù)中心副主任李洋感受頗深。
“傳統(tǒng)的冶煉工藝,以含碳量高的煤和焦炭作為燃料,每生產(chǎn)一噸鋼,約排放2噸二氧化碳,其中有1.6噸至1.7噸在高爐環(huán)節(jié)產(chǎn)生。而氫冶金使用的焦?fàn)t煤氣,本身含有55%至65%的氫氣,可直接利用,還有15%的甲烷可分解為氫氣和一氧化碳,最終,還原氣體中的氫碳比達(dá)到8∶1以上。”作為一名鋼鐵行業(yè)的老兵,李洋經(jīng)歷過高爐煉鐵的鼎盛時(shí)代,他直言氫冶金是鋼鐵冶煉的重大技術(shù)革新。
一組數(shù)據(jù)可以說明氫冶金的減排效果。據(jù)測(cè)算,與同等生產(chǎn)規(guī)模的“高爐+轉(zhuǎn)爐”長(zhǎng)流程工藝相比,氫冶金示范工程一期每年可減少二氧化碳排放80萬噸,減排比例達(dá)到70%以上,同時(shí)二氧化硫、氮氧化合物、煙粉塵排放分別減少30%、70%和80%以上。
為了將減排效果做到極致,該氫冶金項(xiàng)目在規(guī)劃時(shí),還配套了二氧化
碳捕集和精制系統(tǒng)。
在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)東側(cè)區(qū)域,呂志敏告訴筆者,二氧化碳精制過程在這里完成。“我們會(huì)將氫冶金過程中產(chǎn)生的部分二氧化碳捕集,進(jìn)而脫水、加壓,精制成工業(yè)級(jí)液體二氧化碳和食品級(jí)液體二氧化碳,預(yù)計(jì)生產(chǎn)一噸DRI產(chǎn)品可捕集二氧化碳約125千克,項(xiàng)目可年產(chǎn)二氧化碳副產(chǎn)品約6萬噸。”
當(dāng)天17時(shí),呂志敏趕回氫冶金項(xiàng)目辦公樓,循例參加項(xiàng)目部的
會(huì)議。
會(huì)議議題是對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行再梳理、再優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)減碳潛力,探索當(dāng)前工藝下的降碳極限。呂志敏表示,自5月以來,這樣的會(huì)議至少是一天一開,目的是努力打造行業(yè)首條“零碳”示范產(chǎn)線。
在氫冶金項(xiàng)目辦公樓大廳內(nèi),展示著一封5月31日中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)來的賀信。賀信中說,氫冶金項(xiàng)目一期工程的成功,是由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉(zhuǎn)變的重要里程碑,引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)邁入“以氫代煤”冶煉“綠鋼”的時(shí)代。
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