2021年钢铁工业碳排放现状与低碳技术发展趋势分析报告（30页）.pdf

1、高炉冶炼大比例增加氢气使用量存在工艺约束。传统高炉冶炼通过 C、CO 在高温下还原置取铁，并伴有炉料物理形态由软化到熔融过程;在高炉风口喷吹氢气和天然气、焦炉煤气等含氢介质，高炉富氢还原炼铁在一定程度上能够有效促进提高生铁产量，但由于该工艺是基于传统的高炉，焦炭的骨架作用无法被完全替代，同时氢还原需要补充热量，因此在高炉中喷吹氢气量存在极限值。该工艺下的碳排放减量有限，根据新日铁 course50 试验，高炉富氢还原的碳减排幅度可达 10%，欲实现减碳 30%，还需要与CCS/CCUS 配合使用;如果CCS/CCUS 技术无法取得较大突破，高炉富氢对于钢铁行业大规模深度降碳可操作性不大。直接还

2、原竖炉具备大规模使用氢气冶炼的可行性。直接还原炼铁法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石、氧化球团或含碳球团呈固态即软化温度以下进行还原而获得金属铁，相比高炉铁水，其杂质含量高;但由于不存在熔融状态，对透气性要求低，不需要焦炭充当骨架的功能，全氢冶炼不存在工艺约束。综合对氢气成本评判，在气基直接还原竖炉增加氢气使用量，逐步代替一氧化碳作为还原剂，将铁矿石转化为直接还原铁(DRI)，之后再将其投入电炉进行进一步冶炼。二氧化碳排放量将会得到有效控制。相较于富氢还原高炉，采用气基直接还原竖炉工艺进行铁矿石冶炼的吨二氧化碳排放量大幅减少。按照瑞典SSAB 的测算，全氢冶炼流程下钢厂的碳排放强

3、度相比目前减少 80%。这对于钢铁行业实现大规模深度减碳提供有效支撑。目前氢冶金存在成本约束：从瑞典 SSAB、日本钢铁工业协会、日本产经省公布的数据来看，受制氢成本高的影响，氢冶金成本整体高于目前传统工艺。 SSAB 在 2018 年初公布的研究结果表明：按照 2017 年底的电力、焦炭价格和二氧化碳排放交易价格，HYBRIT 项目采用的氢冶金工艺成本比传统高炉冶炼工艺高20%30%。 据中国钢铁新闻网报道：2019 年日本钢铁协会估算生产 1 吨生铁共计需要 753 标准立方米氢气，按照 75%的热效率计算，产生 1 吨生铁需要的氢气量为 1000 标准立方米。目前日本生产每立方米氢气的成

4、本约为 1.64 美元，远高于其制定的 2030年降本目标。根据日本经济产业省测算的数据，要实现氢能的大规模商业化应用，到2030 年，日本的氢气生产成本需降至0.29 美元/立方米左右。 据日本经济产业省估算，目前氢气的流通价格为每标准立方米 100 日元左右。日本政府的目标是通过大规模生产，到 2030 年将氢价降至每标准立方米 30 日元，但也有大型钢铁企业的高管认为，要想在钢铁行业实现氢基 DRI 的普及生产，氢气价格必须降至每标准立方米 10 日元以下。现有条件下由于氢还原的强吸热效应导致全氢竖炉煤气量大幅增加、还原速率同样也会受到影响、全氢对设备与操作等要求高等问题，全氢冶金技术还不能得到真正意义上的大面积推广与实际应用。综合以上，碳达峰与碳中和的大背景下，短期内气基直接还原竖炉工艺将会是我国主流氢冶金技术探索的手段，该工艺的进一步成熟化也将是行业的实现碳中和的主要探索方向。