在全球低碳甚至零碳轉(zhuǎn)型背景下,直接還原鐵(DRI)生產(chǎn)技術(shù)作為鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)的一種重要技術(shù),越來(lái)越引起各國(guó)的重視。直接還原鐵技術(shù)主要通過(guò)使用天然氣或氫氣、煤基還原劑等作為還原劑,直接還原鐵礦石生產(chǎn)固態(tài)金屬鐵。直接還原鐵工藝相比傳統(tǒng)的高爐—轉(zhuǎn)爐流程,具有碳排放更低、靈活性更高和原料適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),尤其在以氫氣作為還原劑時(shí),幾乎可以實(shí)現(xiàn)零碳排放。
世界上直接還原鐵的生產(chǎn)始于1969年,2018年以來(lái),隨著多座大型設(shè)備的投產(chǎn),直接還原鐵的產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。據(jù)世界鋼鐵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2023年全球直接還原鐵產(chǎn)量達(dá)13650萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)9.5%。其中,印度增長(zhǎng)最快,產(chǎn)量高達(dá)4933萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)16.7%,占全球總產(chǎn)量的36%;其次是伊朗,產(chǎn)量為3345萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)1.7%,占全球總產(chǎn)量24.7%;俄羅斯產(chǎn)量為778萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)0.9%;沙特阿拉伯產(chǎn)量為681.2萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)1.5%。全球直接還原鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的為印度和伊朗,這兩個(gè)國(guó)家的直接還原鐵產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的一半以上。
直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù)
當(dāng)前直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù)主要有氣基(天然氣或氫氣)直接還原煉鐵法、煤基直接還原法。
氣基直接還原煉鐵法的生產(chǎn)能力和實(shí)際產(chǎn)量占主導(dǎo)地位,例如米德萊克斯(Midrex)法、希爾(Hyl)法、Energiron法等,其中前兩種占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),前兩種占全球DRI產(chǎn)量的75%以上,如果采用天然氣為原料,和傳統(tǒng)高爐—轉(zhuǎn)爐煉鋼流程相比,二氧化碳排放量可降低50%~70%。氣基工藝主要應(yīng)用于中東、伊朗、俄羅斯等天然氣資源豐富的地區(qū)。例如,2023年伊朗采用Midrex工藝生產(chǎn)了3014萬(wàn)噸DRI,占其總產(chǎn)量的90%。在碳中和背景下,氣基DRI搭配電爐(EAF)被視為生產(chǎn)“綠色鋼鐵”的重要路徑。
煤基工藝(煤還原)占比約為25%,該工藝以塊礦或球團(tuán)礦為原料,在高溫(950攝氏度~1100攝氏度)下還原,產(chǎn)品含碳低(0.05%~0.3%),但受限于原料高品位要求(鐵含量大于66%),主要集中在高品位鐵礦資源豐富的國(guó)家。盡管印度推動(dòng)煤基DRI發(fā)展,但其高能耗和高排放問(wèn)題與全球減碳趨勢(shì)存在沖突,未來(lái)可能面臨轉(zhuǎn)型壓力。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2023年使用Midrex工藝生產(chǎn)的直接還原鐵占據(jù)了全球直接還原鐵產(chǎn)量的57.8%,Hyl和Energiron工藝占比為14.3%,回轉(zhuǎn)窯工藝占比為27.9%。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低,氫基直接還原技術(shù)將成為鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑之一,例如歐洲、中國(guó)、印度等地都有多個(gè)氫基直接還原項(xiàng)目正在規(guī)劃或建設(shè)中。
全球直接還原鐵主要項(xiàng)目
直接還原鐵的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝更加環(huán)保,能夠有效降低能源消耗和二氧化碳排放,這就促使更多鋼鐵企業(yè)新建直接還原鐵項(xiàng)目。
美國(guó)奧鋼聯(lián)在得克薩斯州科珀斯克里斯蒂投資7.4億美元,建設(shè)了采用Midrex技術(shù)的直接還原鐵廠,2016年已建成投產(chǎn),每年可生產(chǎn)200萬(wàn)噸高質(zhì)量的熱壓塊鐵(HBI),計(jì)劃后期改為氫還原,進(jìn)一步減少二氧化碳排放。
中國(guó)寶武寶鋼股份湛江鋼鐵在2023年12月23日投產(chǎn)的年產(chǎn)100萬(wàn)噸氫基豎爐,直接還原鐵金屬化率為94%,平均含鐵量達(dá)86.5%,采用全球首創(chuàng)“氫冶金電熔煉工藝(HyRESP),是中國(guó)首套采用氫氣生產(chǎn)的最大零重整豎爐。
河鋼集團(tuán)張宣科技年產(chǎn)120萬(wàn)噸的全球首例富氫氣體(焦?fàn)t煤氣)零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程自2023年5月份順利連續(xù)生產(chǎn)綠色DRI產(chǎn)品后,2024年9月份成功應(yīng)用綠氫作為還原氣體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn),直接還原鐵金屬化率超94%,驗(yàn)證了綠電—綠氫—綠鋼工藝的可行性。
安賽樂(lè)米塔爾西班牙公司正在希洪基地建造230萬(wàn)噸/年的綠色氫基DRI廠(后面配套110萬(wàn)噸電爐),計(jì)劃2025年投產(chǎn)。該項(xiàng)目是安賽樂(lè)米塔爾歐洲公司到2030年將二氧化碳排放量減少35%計(jì)劃的一部分。
加拿大安賽樂(lè)米塔爾在多法斯科廠投資18億加元新建的250萬(wàn)噸產(chǎn)能DRI爐采用直接還原鐵—電弧爐煉鋼模式,最初將使用天然氣運(yùn)行,具備“氫冶金”能力,可在綠色氫供應(yīng)充足且成本效益可行時(shí)轉(zhuǎn)換使用。
德國(guó)安賽樂(lè)米塔爾計(jì)劃在不來(lái)梅建造1座DRI工廠,向不來(lái)梅的電弧爐及艾森許滕施塔特的2座新電弧爐供應(yīng)DRI,預(yù)計(jì)2026年開(kāi)始運(yùn)營(yíng),新裝置每年將生產(chǎn)380萬(wàn)噸粗鋼。
比利時(shí)安賽樂(lè)米塔爾根特投資11億歐元,建設(shè)1座年產(chǎn)250萬(wàn)噸的直接還原鐵工廠和2座電弧爐,項(xiàng)目實(shí)施后將逐步淘汰現(xiàn)有A高爐,預(yù)計(jì)每年可減少300萬(wàn)噸二氧化碳排放。
美國(guó)安賽樂(lè)米塔爾計(jì)劃在阿拉巴馬州卡爾弗特建設(shè)1座采用氫基直接還原鐵工藝的高端無(wú)取向電工鋼智能工廠,預(yù)計(jì)2027年投產(chǎn),年產(chǎn)15萬(wàn)噸高端無(wú)取向電工鋼,可使每噸鋼材的碳排放較傳統(tǒng)工藝降低62%。
法國(guó)安賽樂(lè)米塔爾計(jì)劃投資17億歐元用于敦刻爾克和濱海福斯工廠的低碳轉(zhuǎn)型,在敦刻爾克將建設(shè)1座年產(chǎn)250萬(wàn)噸的氫直接還原鐵爐和兩座電弧爐,建成后取代目前正在運(yùn)行的2座高爐。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目在2027年投產(chǎn),2030年可使該公司的二氧化碳排放量減少近40%,即每年減少780萬(wàn)噸。
德國(guó)薩爾茨吉特鋼鐵公司為了從傳統(tǒng)煉鋼向電爐煉鋼轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)2033年零碳排放的鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃,在Flachstahl工廠建造一座210萬(wàn)噸/年的DRI廠,使用氫氣和天然氣作為還原劑,計(jì)劃2026年7月份投產(chǎn)。投產(chǎn)后將能大量生產(chǎn)綠色鋼材,為歐洲難減排行業(yè)的降碳起到示范作用。
德國(guó)迪林根鋼鐵公司在迪林根工廠建造一座250萬(wàn)噸/年的DRI工廠和一座電弧爐,將于2027年投產(chǎn),屆時(shí)該公司將關(guān)閉該廠的高爐和轉(zhuǎn)爐。
為了生產(chǎn)碳中和鋼材,荷蘭塔塔鋼鐵公司在艾默伊登建設(shè)DRI廠,到2030年用1套DRI設(shè)備(250萬(wàn)噸/年)和1座電弧爐(300萬(wàn)噸/年)取代2座焦化廠(共260萬(wàn)噸/年)中的1座和7號(hào)熱風(fēng)爐(350萬(wàn)噸/年)。DRI廠最初以天然氣為燃料,計(jì)劃后期將氫還原引入工藝中。
瑞典LKAB計(jì)劃在瑞典北部耶利瓦勒的HYBRIT開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中建造1座135萬(wàn)噸/年的DRI示范工廠,到2030年從球團(tuán)礦供應(yīng)商轉(zhuǎn)型為海綿鐵供應(yīng)商,產(chǎn)能達(dá)到540萬(wàn)噸/年的水平。該示范工廠將為瑞典鋼鐵公司(SSAB)生產(chǎn)無(wú)化石燃料鋼材提供原料。
瑞典Stegra公司(前身為H2GreenSteel)在瑞典北部博登廠區(qū)建造1座基于Midrex技術(shù)的210萬(wàn)噸/年的DRI廠,用100%綠氫生產(chǎn)直接還原鐵,配備1座電解制氫廠、1座電弧爐煉鋼車(chē)間、1套CSPNexus裝置、1套冷軋?jiān)O(shè)備和1套加工綜合設(shè)施。計(jì)劃2025年投產(chǎn),2030年從球團(tuán)礦供應(yīng)商轉(zhuǎn)型為海綿鐵供應(yīng)商,產(chǎn)能達(dá)540萬(wàn)噸/年。
2023年4月份,日本神戶(hù)制鋼協(xié)同三井物產(chǎn)擬在阿曼合作開(kāi)發(fā)低碳直接還原鐵項(xiàng)目,生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)500萬(wàn)噸,暫以天然氣作為還原劑,未來(lái)將考慮以氫氣替代天然氣,并結(jié)合碳捕集、利用與封存技術(shù),進(jìn)一步減少二氧化碳排放。
韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵計(jì)劃在2025年第1季度動(dòng)工建設(shè)氫還原(HyREX)鋼廠,預(yù)計(jì)2027年完工,屆時(shí)直接還原鐵的產(chǎn)能為每小時(shí)36噸。計(jì)劃2030年實(shí)現(xiàn)HyREX技術(shù)商業(yè)化生產(chǎn),2040年直接還原鐵產(chǎn)能增加至250萬(wàn)噸/年,到2050年,其HyREX氫還原煉鐵技術(shù)全面應(yīng)用于生產(chǎn)。
直接還原鐵發(fā)展預(yù)測(cè)
根據(jù)國(guó)際能源署可持續(xù)發(fā)展情境中的直接還原鐵產(chǎn)量數(shù)據(jù),采用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的直接還原鐵的產(chǎn)量將保持正增長(zhǎng)至2040年,但其后隨著氫基直接還原鐵和帶有碳捕獲、利用和儲(chǔ)存(CCUS)工藝的成熟,傳統(tǒng)直接還原鐵產(chǎn)量將下降,以氫氣為還原劑的直接還原鐵產(chǎn)量可能會(huì)逐漸增加。預(yù)計(jì)2050年全球直接還原鐵總產(chǎn)量為4.11億噸,與2023年的13650萬(wàn)噸相比,將增長(zhǎng)201%,高爐鐵產(chǎn)量將從2023年的12.87億噸降至2050年的6.65億噸。
?
Copyright (c) 2025 www.bai5t2.cn Inc. All Rights Reserved. 天津奧沃冶金技術(shù)咨詢(xún)有限公司 版權(quán)所有 津ICP備11000233號(hào)-2
津公網(wǎng)安備12010202000247
電話(huà):022-24410619 傳真:022-24410619
E-mail:1208802042@qq.com