氢冶金还原性气体的制备研究进展

氢冶金是一种绿色低碳的冶炼工艺，是实现钢铁行业转型升级和改变高碳排放形象的有效途径。氢冶金是通过纯氢气或富氢气体替代传统焦炭直接还原铁，可实现CO₂减排。富氢还原性气体的制备是实现氢冶金的关键之一。对比分析了适合于氢冶金的规模化焦炉煤气制氢、天然气制氢、煤制氢和氨分解制氢技术的工艺及相关催化剂，探讨了包括电解水制氢在内的可再生能源制氢的途径。氢冶金技术需要的制氢技术日趋成熟，氢冶金也将成为未来钢铁行业升级改造的重点。     

氢冶金工艺技术发展现状及应用

钢铁行业为中国重要的经济支撑行业,也是主要的碳排放行业。氢能在冶金领域的应用是一种环保、高效的钢铁生产技术,是实现低碳发展的重要途经之一。在全面介绍富氢高炉、氢基直接还原、氢基熔融还原工艺的基础上,分析各种工艺在冶金工业的应用情况,并且系统探讨了各工艺的探索及实践。综合各种工艺的优缺点,分析了中国低碳背景下氢冶金的发展趋势。目前中国钢铁行业的生产还是以长流程为主,要实现2035年减排30%的目标,富氢高炉工艺可作为现阶段工艺技术改进的首选方向。但是富氢高炉工艺实现碳减排的能力比较有限,碳减排幅度为10%～20%,无法满足未来碳中和的目标。相比于富氢高炉工艺,氢基直接还原铁工艺的碳减排可达到50%以上,因此,氢基直接还原工艺可作为未来发展的主要路线。氢基熔融还原也有较好的碳减排效果,且生产出的高纯铸造生铁可用于高端铸件领域,但是目前对其研究不够充分,还处于基础研究阶段,与大规模的工业化生产还有较大的差距。氢冶金作为钢铁行业低碳绿色发展的重要途径,中国起步较晚且还面临基础研究薄弱、短期成本高等问题,随着绿氢产业的发展,绿色氢冶金将是未来钢铁行业绿色发展的重要方向。     

基于富氢焦炉煤气零重整的氢冶金工程技术

氢能是21世纪最具发展力的清洁能源，是中国未来能源体系的重要组成部分。构建“以氢代碳”的钢铁用能新体系是中国钢铁行业实现“双碳”目标的重要方向。针对以氢能源为基础的氢冶金技术原理和工艺流程，对氢冶金流程工程化、关键技术、技术经济指标、运行成本估算及CO₂减排情况等进行探讨，全面论述了氢冶金工程的系统组成和关键设备、工厂布局等情况。工程实践表明，以富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺，采用气体零重整和气基直接还原炼铁技术，以氧化球团为原料，完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿，从源头减少碳素使用，污染物产生和排放大幅减少；无烧结、焦化工序，总图布置紧凑，大幅节约用地；以焦炉煤气为气源的氢冶金，生产成本具有一定优势；根据技术经济指标估算，基于富氢焦炉煤气的氢冶金与高炉炼铁流程相比，可实现吨铁碳排放降低58.8%左右。氢冶金工艺可为后续电炉炼钢提供优质的高纯铁质原料，对提升中国钢铁产品质量具有重要意义，为未来钢铁行业实现绿色、低碳、高质量发展奠定了坚实基础。     

面向低成本纯水电解制氢技术的单原子化金属复合物析氢催化剂研究进展

纯水电解制氢技术是合理利用可再生能源实现电能-氢能相互转化的一个有效途径，对于实现中国的能源结构转型和“双碳”战略有着重要作用。纯水电解制氢的主要实施方式是采用酸性质子交换膜的电解槽，但是其催化剂中所需的大量贵金属组分导致了高昂的制造成本，严重限制了其未来的发展。单原子化金属复合物催化剂的研发与应用是有效降低催化剂中贵金属用量的一个重要策略，开发适应酸性环境、高反应活性、稳定可靠的贵金属甚至非贵金属体系单原子催化剂（SACs）成为研究和产业化的共同热点。本文在介绍单原子催化体系的研发历程和在酸性析氢反应（HER）过程中应用现状的基础上，分为贵金属体系和非贵金属体系两大类分别进行综述，具体阐述了单原子复合催化剂的制备方法、组分结构、电化学性能以及构效关系，最后对面向更低成本的单原子化析氢催化剂的发展前景和应用推广趋势进行了总结和展望。     

中国低碳炼铁技术的发展路径与关键技术问题

“碳达峰”和“碳中和”是中国钢铁工业未来发展的总体规划,降低碳排放是钢铁企业需要共同攻克的技术难题。从源头减碳、过程节碳和末端用碳3个层面分析了中国低碳炼铁技术的发展路径,提出了实现“碳中和”需要解决的关键技术问题。分析表明废钢电炉短流程炼钢将是中国钢铁行业实现“碳中和”的主要途径,氢气竖炉直接还原将是中国钢铁行业实现“碳中和”的重要补充。高炉喷吹富氢气体、氧气高炉和全氧熔融还原炼铁等技术可以减少碳排放,但碳排放的减少量有限,必须要与末端CO₂吸附、储存和利用相结合,才能够实现“碳中和”。为了按期实现钢铁工业的“碳中和”,需要解决的关键技术问题有低成本氢气制备技术、煤气高温加热技术、炉顶煤气CO₂低成本脱除技术和CO₂的储存与利用技术。     

钢铁行业低碳发展标准体系建设研究

为深入推进钢铁行业绿色低碳发展,中国钢铁行业明确提出力争2025年率先实现碳排放达峰,2060年之前实现“碳中和”的目标。标准化是推动落实这一目标的重要技术支撑,建立健全钢铁行业低碳发展标准体系尤为重要。通过总结国内外低碳发展现状,特别是重点阐述和分析了国内外钢铁行业低碳发展相关政策、目标及降低碳排放水平所采取的具体措施、标准化工作现状及需求,归纳、总结并研究提出了中国建立钢铁行业低碳发展标准体系的初步框架,涵盖了碳排放管理和低碳冶炼两大方向,并提出了健全和实施钢铁行业低碳发展标准体系的相关建议,以期促进中国钢铁行业应对气候变化标准化工作的发展。     

氢冶金竖炉还原域的数值模拟分析

钢铁工业是中国国民经济发展的重要基础产业,在中国"碳达峰、碳中和"的背景下,低碳生产已成为钢铁行业新的竞争力.环境意识的日益提高迫切需要开发创新技术,氢冶金在炼铁环节利用清洁和可再生能源,是全世界公认的最清洁环保的冶金技术.H2的利用可以减少炼铁过程产生的温室气体,从源头上减少碳还原剂带入的排放.氢冶金竖炉的数值模拟是...     

中国钢铁行业碳达峰碳中和时间表与路线图

2020年9月22日,中国在第七十五届联合国大会上提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。钢铁行业深度脱碳是实现“碳达峰”和“碳中和”的必经之路,是应对气候变化、缓解能源危机、推动绿色健康发展的重要战略举措。绿色低碳发展是钢铁行业实现转型升级高质量发展的关键,也是中国实现碳达峰碳中和目标的重要支撑。分析了中国钢铁行业碳排放现状,对比了主要产钢国家钢铁行业碳中和目标及实施路径,采用动态物质流分析方法构建了钢铁需求量模型、废钢回收量模型并预测了中国到2060年的钢铁需求量和废钢资源量。结果显示,中国的钢铁需求量将在2030年和2060年分别下降至8.78亿t和5.43亿t, 2030年国内废钢产量约为4.2亿t, 2055年以后,废钢产量将逐渐下降,但仍将保持在4亿t以上。在动态物质流分析结果的基础上,使用情景分析方法,构建了钢铁行业碳排放模型,分析了钢铁行业的节能降碳潜力;基于钢铁行业碳中和路径分析模型制定了中国钢铁行业碳达峰碳中和时间表和路线图,指出中国钢铁行业在实现碳中和之前要经历粗钢产量波动下行-控碳、粗钢产量下降-减碳、粗钢产量处于低值平台期...     

国内外钢铁行业低碳发展策略分析

在绿色化、低碳化发展的时代背景下，全球钢铁行业纷纷开展低碳研究工作，各类低碳技术层出不穷。首先概述了全球钢铁行业CO₂排放现状，以及主要产钢国家的碳减排目标，并对其低碳策略进行详细的分析，指出国际钢铁行业的低碳发展方向主要聚焦于发展电炉流程、氢冶金、碳捕集利用与封存和清洁能源利用等方面。随后聚焦我国钢铁行业碳排放现状，梳理了中国钢铁行业实现“双碳”目标的应对策略，指出减量化发展、流程结构调整是未来我国钢铁行业低碳发展的主攻方向。最后，为了使前文所提的宏观策略更加具体化，又选取我国某一典型钢铁企业，以其技术特点、地理位置、资源禀赋、发展规划为主要依据，针对性地分析并提出了7条适合该企业的减排路径，为其绿色低碳发展指明方向。      

中国钢化联产发展现状与前景展望

中国是一个钢铁生产大国,也是一个油气资源相对不足、煤炭资源相对丰富的国家。基于中国能源结构的实际情况,结合钢铁行业和化工行业的发展现状,讨论了钢铁生产各个工序煤气的发生与使用情况,并对钢铁流程副产煤气合成化工产品的现状与潜力进行了分析,指出了存在的问题。结合分析结果,提出了未来可再生能源廉价制氢发展达到一定阶段,钢铁联合企业可以通过“以氢固碳”实现钢铁生产大规模减少CO₂排放的目标,提升其清洁能源转化与高附加值化工产品生产的社会功能。最后,对未来中国钢化联产的发展提出了建议。     

低碳绿色炼铁技术发展动态及展望

 当前,为积极应对气候变化等一系列问题,世界各国纷纷提出了绿色减排计划。与此同时,中国相应提出了“碳达峰、碳中和”节能减排目标,并以“1+N”等政策体系作为实现可持续发展战略、积极应对气候变化、履行大国义务的核心支持。钢铁工业作为31个制造业门类中碳排放量最大的行业,自然而然成为节能减排战役中的“排头兵”。目前,复杂的高炉生产工艺仍然以煤、焦等化石资源作为主要燃料,使得其成为钢铁流程中的碳耗大户、碳排放大户、污染排放大户,因此高炉炼铁工艺的绿色低碳转型升级已迫在眉睫。从背景介绍、发展动态以及未来发展展望这3大部分对低碳绿色炼铁技术进行论述,其中对绿色低碳炼铁技术发展动态部分进行了详细阐述。首先就优化节能低碳操作和构建循环经济环保圈两个层面,从精细炉料操作、提升生产技术等多个角度讨论了如何实现高炉工艺低碳绿色炼铁;其次从非高炉领域入手,对直接还原工艺和熔融还原工艺的国内外发展现状进行阐述,并进行了相应的比较与分类汇总;之后从创新型炼铁工艺(氢冶金、智能化炼铁)角度探讨了此类技术的发展态势。最后,综合当前绿色低碳炼铁技术发展最新动态进行了5个方面的展望,明确了“绿色低碳为方向,节能减排是目标”的任务方向。     

近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

 中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO₂-Ar动态底吹脱氮、熔池内O₂-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。     

钢铁工业实现“碳达峰”探讨及减碳建议

钢铁工业作为制造业中的碳排放大户,面临“碳达峰”和“碳中和”的严峻挑战,这也是低碳转型高质量发展的良好契机。根据国家统计局黑色金属冶炼及压延加工业的能源消耗数据,估算中国钢铁工业二氧化碳排放情况,并对中国钢铁工业实现“碳达峰”路径进行探讨,即在中国10亿t级的粗钢规模及当前流程结构、能源结构和工艺技术应用基础上,通过挖掘节能降碳潜力实现“碳达峰”空间有限,必须采取以控产量调结构为核心的减碳工作,争取在“碳达峰”“碳中和”目标内率先实现“碳达峰”。钢铁企业作为行业发展的主体,在“碳达峰”和“碳中和”目标的指引下,需尽快开展绿色低碳转型及深度减碳工作,共同推进钢铁工业“碳达峰”目标提前实现,并为最终实现“碳中和”奠定良好的基础。     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。     

中国钢铁工业碳达峰及低碳转型路径

 2020年中国宣布将提高国家自主贡献力度,二氧化碳排放力争在2030年前达峰。钢铁工业作为典型的资源、能源密集型行业,是率先落实碳达峰的重要行业。分析了钢产量、生产结构、节能减排技术和碳税等因素对中国钢铁工业碳排放的影响程度。研究表明,不同的钢产量达峰时间将对钢铁工业的碳达峰产生不同影响,技术和生产结构因素也将对中国钢铁工业产生重要影响。地方区域是落实国家碳达峰任务的责任主体,对京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原和两广地区4个具有不同钢铁生产特点的重点区域碳排放进行研究,并分析了区域达峰方案。加快调整产业结构、推广低碳技术、改变能源结构、推进产业间耦合和加强碳资产管理等方面制定钢铁工业低碳转型路径,对实现中国钢铁工业碳排放早日达峰和碳中和有重要意义。     

高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识

在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下，研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径，大幅度降低CO₂排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来，钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料，钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征，介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究，论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程，分析了新型炉料制备的关键技术难点，论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果；针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征，阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用，指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向，提出了制定可行的减碳技术战略...