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昨天和大家分享了碳中和背景下的鋼鐵行業(yè)系列的第四部分：氫氣煉鋼能實現(xiàn)多少減排

今天和大家分享第五部分：氫氣煉鋼的減排原理

氫氣煉鋼通過以氫還原代替碳還原，可以取締還原反應的碳排放。

煉鐵工藝的碳排放是煉鋼最主要的碳排放環(huán)節(jié)，而煉鐵產(chǎn)生的碳排放主要是碳還原的化學反應產(chǎn)生，氫氣煉鋼是以氫代替碳作為還原劑，從而降低碳還原的碳排放，針對的是鋼鐵生產(chǎn)流程中的煉鐵工藝，即長流程中的高爐煉鐵和短流程中的直接還原煉鐵環(huán)節(jié)，全部采用廢鋼的短流程由于取消了煉鐵環(huán)節(jié)，不涉及氫冶金。

對于長流程，除了消除還原反應的碳排放，還可以省去煤炭焦化環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放。

根據(jù)碳還原鐵反應的化學式，還原1mol鐵需要的還原劑碳為1.5-3mol（取決于直接還原和間接還原參與比 例），按照56：12：44的鐵、碳和二氧化碳摩爾質(zhì)量比例，則生產(chǎn)1噸鐵的碳還原反應產(chǎn)生的二氧化碳排放量為0.59噸（44/56*1.5/2）-1.18噸（44/56*1.5），加上前述典型長流程中的焦化碳排放0.1 噸，相當于長流程理論上可降低約0.69-1.28噸碳排放，降幅達34-62%。

Fe2O3 + 1.5C → 2Fe + 1.5CO2 直接還原?

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2間接還原?

對于以天然氣為氣基的DRI生產(chǎn)工藝同理，由于天然氣本身含氫元素，參與還原反應的碳比高爐少， 約為0.47噸（44/56*1.5*1/2.5）,將該部分也已氫還原替代，則DRI短流程的碳排放可降至約0.49噸， 降幅達49%。

CH4 + H2O → CO + 3H2水蒸氣重整?

CH4 + CO2 → 2CO + 2H2二氧化碳重整?

通過上述測算，可以發(fā)現(xiàn)理論上氫氣煉鋼的減排潛力確實很大，但實現(xiàn)需要諸多前提。

比如制氫來源和過程本身是否存在碳排放，如果是火力發(fā)電再電解制氫，碳單耗反而比傳統(tǒng)長流程工藝更多。

再比如氫完全代替碳，則沒有碳燃燒作為熱能釋放來源，而氫還原鐵本身是吸熱反應，熱量補充從何而來，若還是通過化石燃料燃燒發(fā)熱則減排效果將大打折扣。

可見，如果氫氣煉鋼只著眼于單一環(huán)節(jié)，那也不過是拆東墻補西墻，反而有違氫氣煉鋼的初衷。

從焦炭煉鋼到氫能煉鋼，表面上只是還原方法的不同，但要實現(xiàn)降低碳排放的目標，需要整個流程系統(tǒng)性的規(guī)劃和配套產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，做到綠色制氫、綠色用氫，而這也是目前發(fā)展氫氣煉鋼遇到的主要瓶頸。

碳中和背景下的鋼鐵行業(yè)系列的第五部分的內(nèi)容就分享到這里，明天和大家分享第六部分的內(nèi)容：氫氣煉鋼的難點

（在公眾號發(fā)送以下關鍵字可以查看相關系列的內(nèi)容）

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