2021年鋼鐵工業碳排放現狀與低碳技術發展趨勢分析報告（30頁）.pdf

1、高爐冶煉大比例增加氫氣使用量存在工藝約束。傳統高爐冶煉通過 C、CO 在高溫下還原置取鐵，并伴有爐料物理形態由軟化到熔融過程;在高爐風口噴吹氫氣和天然氣、焦爐煤氣等含氫介質，高爐富氫還原煉鐵在一定程度上能夠有效促進提高生鐵產量，但由于該工藝是基于傳統的高爐，焦炭的骨架作用無法被完全替代，同時氫還原需要補充熱量，因此在高爐中噴吹氫氣量存在極限值。該工藝下的碳排放減量有限，根據新日鐵 course50 試驗，高爐富氫還原的碳減排幅度可達 10%，欲實現減碳 30%，還需要與CCS/CCUS 配合使用;如果CCS/CCUS 技術無法取得較大突破，高爐富氫對于鋼鐵行業大規模深度降碳可操作性不大。直接還

2、原豎爐具備大規模使用氫氣冶煉的可行性。直接還原煉鐵法是以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源，在鐵礦石、氧化球團或含碳球團呈固態即軟化溫度以下進行還原而獲得金屬鐵，相比高爐鐵水，其雜質含量高;但由于不存在熔融狀態，對透氣性要求低，不需要焦炭充當骨架的功能，全氫冶煉不存在工藝約束。綜合對氫氣成本評判，在氣基直接還原豎爐增加氫氣使用量，逐步代替一氧化碳作為還原劑，將鐵礦石轉化為直接還原鐵(DRI)，之后再將其投入電爐進行進一步冶煉。二氧化碳排放量將會得到有效控制。相較于富氫還原高爐，采用氣基直接還原豎爐工藝進行鐵礦石冶煉的噸二氧化碳排放量大幅減少。按照瑞典SSAB 的測算，全氫冶煉流程下鋼廠的碳排放強

3、度相比目前減少 80%。這對于鋼鐵行業實現大規模深度減碳提供有效支撐。目前氫冶金存在成本約束：從瑞典 SSAB、日本鋼鐵工業協會、日本產經省公布的數據來看，受制氫成本高的影響，氫冶金成本整體高于目前傳統工藝。 SSAB 在 2018 年初公布的研究結果表明：按照 2017 年底的電力、焦炭價格和二氧化碳排放交易價格，HYBRIT 項目采用的氫冶金工藝成本比傳統高爐冶煉工藝高20%30%。 據中國鋼鐵新聞網報道：2019 年日本鋼鐵協會估算生產 1 噸生鐵共計需要 753 標準立方米氫氣，按照 75%的熱效率計算，產生 1 噸生鐵需要的氫氣量為 1000 標準立方米。目前日本生產每立方米氫氣的成

4、本約為 1.64 美元，遠高于其制定的 2030年降本目標。根據日本經濟產業省測算的數據，要實現氫能的大規模商業化應用，到2030 年，日本的氫氣生產成本需降至0.29 美元/立方米左右。 據日本經濟產業省估算，目前氫氣的流通價格為每標準立方米 100 日元左右。日本政府的目標是通過大規模生產，到 2030 年將氫價降至每標準立方米 30 日元，但也有大型鋼鐵企業的高管認為，要想在鋼鐵行業實現氫基 DRI 的普及生產，氫氣價格必須降至每標準立方米 10 日元以下?，F有條件下由于氫還原的強吸熱效應導致全氫豎爐煤氣量大幅增加、還原速率同樣也會受到影響、全氫對設備與操作等要求高等問題，全氫冶金技術還不能得到真正意義上的大面積推廣與實際應用。綜合以上，碳達峰與碳中和的大背景下，短期內氣基直接還原豎爐工藝將會是我國主流氫冶金技術探索的手段，該工藝的進一步成熟化也將是行業的實現碳中和的主要探索方向。