Ciencia popular | Una explicación detallada de la metalurgia del hidrógeno.

En los últimos días, el primer proyecto de demostración de metalurgia de hidrógeno de 1,2 millones de toneladas del mundo de Hesteel ha logrado una producción continua segura y sin problemas de productos DRI ecológicos. En la actualidad, la tasa de metalización de los productos DRI ha alcanzado el 94% y los indicadores clave han cumplido completamente con los estándares de productos calificados. Se pueden utilizar como materiales de alta gama para fabricar materias primas limpias de alta calidad y son materias primas importantes para reemplazar la chatarra de hornos eléctricos, especialmente la chatarra de alta calidad. Esto marca el éxito completo de la primera fase del proyecto de demostración de metalurgia de hidrógeno de HBIS. Este proyecto es el primer ejemplo de la aplicación del hidrógeno como fuente de energía para la producción industrial a gran escala. Un hito importante en la transformación.

Con el "nivel máximo de carbono y la neutralidad del carbono" convirtiéndose en el tema principal del desarrollo industrial mundial, la industria del acero, que ocupa el segundo lugar en emisiones de carbono, debe someterse a reformas profundas. Debido a su enorme potencial de reducción de emisiones, la metalurgia del hidrógeno se ha convertido en la altura de mando que las empresas siderúrgicas líderes están decididas a ganar. Muchas empresas siderúrgicas nacionales y extranjeras están implementando vigorosamente proyectos como la metalurgia de energía de hidrógeno, la preparación de hidrógeno verde y el suministro de energía de hidrógeno. Desde la "metalurgia del carbono" hasta la "metalurgia del hidrógeno", se espera que la industria del hierro y el acero se quite los sombreros de las altas emisiones de carbono, la alta contaminación y el alto consumo de energía.

Reacción de reducción con sustitución de hidrógeno por carbono.

La metalurgia del hidrógeno utiliza hidrógeno en lugar de carbono como agente reductor y fuente de energía para la fabricación de hierro. El producto de reducción es agua, que puede lograr cero emisiones de carbono (la fórmula de reacción básica es Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O, el agente reductor es hidrógeno y los productos son hierro y agua).

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Reducción rica en hidrógeno de alto horno

Es decir, se inyectan gases ricos en hidrógeno como el gas natural y el gas de horno de coque para participar en el proceso de fabricación del hierro. Experimentos relevantes han demostrado que la fabricación de hierro de reducción enriquecido con hidrógeno en altos hornos puede reducir las emisiones de carbono hasta cierto punto al acelerar la reducción de la carga, pero debido a que el proceso se basa en los altos hornos tradicionales, el efecto de esqueleto del coque no puede ser reemplazado por completo, y la cantidad de inyección de hidrógeno tiene un valor límite, generalmente se cree que la tasa de reducción de emisiones de carbono de la reducción rica en hidrógeno de alto horno puede alcanzar el 10% -20%, y el efecto no es lo suficientemente significativo.

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Horno de cuba de reducción directa a base de gas

Es decir, mediante el uso de una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono como agente reductor, el mineral de hierro se convierte en hierro de reducción directa, que luego se coloca en un horno eléctrico para su posterior fundición. La adición de hidrógeno como agente reductor controla eficazmente las emisiones de carbono. En comparación con el alto horno de reducción rico en hidrógeno, la emisión de dióxido de carbono por tonelada se puede reducir en más del 50 %. Este método es más adecuado para la metalurgia del hidrógeno.

La tasa de reducción de carbono del enriquecimiento de hidrógeno de alto horno es del 10% al 20% y el efecto es limitado. El proceso de horno de cuba de reducción directa a base de gas es una tecnología de reducción directa que no requiere coquización, sinterización, fabricación de hierro, etc., y puede controlar las emisiones de carbono desde la fuente. En comparación con la reducción rica en hidrógeno de alto horno, la tasa de reducción de carbono puede alcanzar más del 50% y el potencial de reducción de emisiones es relativamente bajo. Es una forma efectiva de expandir rápidamente la producción de hierro de reducción directa. Sin embargo, el horno de cuba a base de gas tiene muchos problemas, como un fuerte efecto de absorción de calor, mayor volumen de gas H2 en el horno, mayor costo de producción, menor tasa de reducción de H2, alta actividad del producto y dificultad en la pasivación y el transporte.

Lanzamiento multinacional de la hoja de ruta de la tecnología de la metalurgia del hidrógeno

En los últimos años, la industria mundial del hierro y el acero está llevando a cabo activamente la práctica de la metalurgia de la energía del hidrógeno. Las empresas siderúrgicas de Europa, Japón, Corea del Sur y otros países y regiones han formulado hojas de ruta de tecnología de metalurgia baja en carbono, incluida la metalurgia de energía de hidrógeno, investigación y desarrollo acelerados, pruebas y aplicaciones, y han buscado avances tecnológicos para lograr la neutralidad de carbono.

En la actualidad, ya existen algunos casos de tecnología metalúrgica del hidrógeno en el mundo, como el proyecto sueco HYBRIT de hierro anhídrido, el proyecto Salzgitter SALCOS, el proyecto VAI H2Future y el proyecto ThyssenKrupp Carbon2Chem en Alemania.

China tiene un largo camino por recorrer para realizar la "metalurgia de hidrógeno verde".

En la actualidad, algunas empresas nacionales de hierro y acero han lanzado planes para la metalurgia de hidrógeno, han construido proyectos de demostración y los han puesto en funcionamiento, y han logrado ciertos avances innovadores. Sin embargo, los proyectos de demostración aún se encuentran en la etapa de prueba industrial y todavía hay una infraestructura imperfecta, estándares relevantes en blanco, altos costos y problemas de seguridad. Hidrógeno y otras cuestiones, y teniendo en cuenta factores como la fuente de gas, la preparación, el almacenamiento y el transporte, y el costo en esta etapa, la mayor parte del hidrógeno utilizado sigue siendo "hidrógeno gris", y aún queda un largo camino por recorrer antes de realizar "verde metalurgia del hidrógeno".

Los principales métodos de utilización de la metalurgia del hidrógeno en la industria siderúrgica de China incluyen: tecnología de fundición rica en hidrógeno de alto horno, tecnología de reducción directa de horno de cuba de hidrógeno, tecnología de fabricación de hierro con reducción de fundición a base de hidrógeno, etc. A juzgar por el progreso de la aplicación del hierro y el acero chinos empresas, la tecnología de metalurgia de hidrógeno puede ayudar a reducir significativamente las emisiones de carbono, promover la utilización de los recursos de carbono, promover el desarrollo de nuevos procesos ecológicos de proceso corto, realizar una fundición libre de fósiles y abrir el acoplamiento de energía de acero-químico-hidrógeno para reducir la ruta del carbono . Además, la energía del hidrógeno también ha logrado buenos resultados en la conservación de la energía y la protección del medio ambiente en el campo de la logística y el transporte de las empresas siderúrgicas chinas.

Si China quiere realizar una metalurgia de hidrógeno verde, necesita estudiar tecnologías clave en los campos de la utilización de energía verde distribuida, producción y almacenamiento de hidrógeno, metalurgia de hidrógeno y eliminación de CO2 en el futuro, y formar un nuevo proceso de producción metalúrgica de hierro y acero con energía de hidrógeno como núcleo.

El futuro de la metalurgia del hidrógeno no está muy lejos

La investigación sobre proyectos globales de metalurgia del hidrógeno se divide principalmente en tres pasos: (1) antes de 2025, establecer un proyecto piloto de demostración para verificar la viabilidad de la metalurgia del hidrógeno a gran escala; (2) para 2030, usar hidrógeno del gas de horno de coque y otros subproductos para la metalurgia de hidrógeno (3) Para 2050, se realizará el reemplazo de hidrógeno gris por hidrógeno verde y se llevará a cabo la producción industrial de metalurgia de hidrógeno.

En la actualidad, la cooperación entre la energía del hidrógeno y la industria siderúrgica es un resultado beneficioso para todos: la metalurgia del hidrógeno favorece la conservación de energía y la reducción de emisiones para las empresas siderúrgicas y la finalización de la transformación con bajas emisiones de carbono; Las empresas siderúrgicas ofrecen aplicaciones más prácticas para la energía del hidrógeno, enriqueciendo la cadena industrial aguas abajo de la energía del hidrógeno. La energía del hidrógeno y la industria siderúrgica se complementan. Propicio para el desarrollo de nuevas energías.

La aplicación de la metalurgia del hidrógeno en la industria del hierro y el acero aún enfrenta una serie de desafíos severos, como la economía del hidrógeno verde que aún debe mejorarse, la falta de experiencia en la aplicación de tecnología, el alto costo del almacenamiento y transporte de energía de hidrógeno, y la falta de demanda en el mercado descendente de productos de hierro de reducción directa a base de hidrógeno.

Para el futuro desarrollo y aplicación de la metalurgia del hidrógeno en la industria siderúrgica, se presentan tres sugerencias:

Uno es el avance del sistema. La utilización de la energía del hidrógeno debe promoverse desde todo el sistema de la cadena industrial, como la producción de hidrógeno, el almacenamiento de hidrógeno, el transporte de hidrógeno y el uso de hidrógeno. En particular, deben coordinarse los escenarios de aplicación reales de la producción de acero y debe promoverse sistemáticamente la integración profunda de "producción, educación, investigación y uso del oro".

El segundo es jugar un mecanismo orientado al mercado. En esta etapa, el costo del proceso de fundición de hidrógeno sigue siendo mucho mayor que el del proceso de producción tradicional. Es necesario aprovechar al máximo el papel del mecanismo de mercado en la innovación tecnológica y otros campos, y optimizar aún más la asignación de recursos tales como finanzas y talentos.

El tercero es fortalecer la cooperación internacional. Debemos centrarnos aún más en vínculos innovadores específicos, fortalecer los intercambios internacionales, incluidos conceptos, investigación científica, tecnologías, caminos y métodos de gestión, y promover una cooperación internacional profunda.

Yu Yong, presidente de la Asociación Mundial del Acero, presidente del Instituto Mundial de Investigación para el Desarrollo del Acero, secretario del Comité del Partido y presidente del Grupo Hegang, presentó que en los últimos 30 años, la industria siderúrgica mundial ha mejorado la eficiencia energética y ha promovido la aplicación de nuevos procesos y nuevas tecnologías para el reciclaje, y se ha incrementado la energía integral por tonelada de acero. El consumo se ha reducido en un 50%. En la actualidad, la industria mundial del acero representa alrededor del 8 % del consumo mundial de energía y el 7 % de las emisiones de carbono del mundo. De cara al futuro, la industria del hierro y el acero es la mejor manera de lograr emisiones bajas en carbono o incluso "cero carbono", ya sea en la innovación de la estructura energética, la innovación en la estructura del proceso o la aplicación de energía de hidrógeno. En particular,

Aunque está limitada por varios factores como el medio ambiente y el costo, la industria del hierro y el acero aún no ha logrado "un hidrógeno hasta el final", pero el desarrollo de energía limpia es la dirección y la misión, y el potencial de la "metalurgia del hidrógeno" es ilimitado.