【研报】钢铁行业钢铁碳中和②：低碳冶金“氢”来了-210426（22页）.pdf

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1、2.3 氢气炼钢的难点：规模化用氢和经济化制氢2.3.1 难点1：规模化用氢氢气对碳基还原剂的替代是存在极限值的，尤其是高炉炼铁工艺。对于长流程高炉炼铁，碳除了作为还原剂，还起到多种关键作用：作为燃料，提供高炉冶炼所需热量，高炉热量一般由焦炭、喷吹燃料的燃烧及外部通入的热风提供，其中高炉内焦炭燃烧供热占比高达75%-80%;作为骨架，支撑炉料;作为生铁渗碳的碳源，一般生铁中碳含量4%，全部来源于焦炭。氢的密度和元素构成显然无法替代碳的支撑和渗碳作用，炭的使用难以避免，而且氢气还原是吸热反应，氢气比例达到一定程度后，需要额外供热来实现热量互补，如果这部分热能来源还是通过碳燃烧，那碳排放只是有增无

2、减。Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O H=98.12KJC + O2 CO2 H= 393.52KJ对于气基竖炉还原炼铁工艺，同样存在渗碳来源、热量互补问题，而且如果是纯氢气作为还原剂需要对纯氢气进行加压和加热，根据唐珏等于2020年11月在河北冶金发表的我国氢冶金发展现状及未来趋势一文，氢气理论上加压到1MPa以上，加热到1000摄氏度以上，可以达到设计指标，但竖炉如果长期在如此高温、高压极限条件下工作，不符合安全目标。因此在上述问题解决之前，氢气对碳基还原剂的替代是存在极限值的，尤其是高炉炼铁工艺，对温度的要求更高，用氢受限程度也因此更大。2.3.2 难点2：经济化制氢除了规模

3、化用氢，如何实现经济地制氢也是一个难点。目前已有较为成熟的制氢工艺，按制取原材料分类，氢气可划分为灰氢、蓝氢和绿氢，分别指化石燃料制氢、工业副产氢和可再生能源电解制氢，只有绿氢才是真正零排放制氢方式。按照化学反应式和原子摩尔质量比，可以测算出还原吨铁耗氢气53.6kg，耗碳约321千克。参考目前焦炭的价格约2000元/吨，制氢成本参考宝丰能源于2021年4月19日披露宁夏宝丰能源集团股份有限公司关于拟对外投资设立子公司的公告，其200MWp光伏发电及20000标方/小时电解水制氢示范项目在试生产过程中的氢气综合成本，即 1.34 元/标方。考虑碳元素在焦炭比例约85%，则还原吨铁的碳、氢气成本约为756、804元/吨，可见若不考虑还原剂变化带来的其他成本变动，氢气作为还原剂的经济性尚不及碳。据测算，氢气成本需降至1.26元 /标方，或者对吨碳排放征收碳税25元，才能达到氢碳还原平价。宝丰能源披露远期氢气综合成本可降至0.7元/标方，届时吨铁氢还原成本或降至420元/吨，若能实现，将大大增强氢还原的经济性。