1 背景
根据国际能源署(IEA)的数据，工业部门的二氧化碳排放量占全球能源相关二氧化碳排放量的23%，而钢铁行业占该行业总排放量的30%(图1)，即每年排放26亿吨二氧化碳。为了实现国际能源署所设想的长期转型变化，粗钢的二氧化碳强度需要在2018年至2030年期间平均每年下降2.5%。要达到国际能源署(IEA)净零排放(NZE)的要求和气候目标，钢铁行业必须在2050年之前将其二氧化碳排放量减少至少50%。实现这一目标并不容易，这对该行业来说是一个挑战。
近年来，二氧化碳排放量的短期减少主要来自能源效率的提高;然而，进一步提高效率的空间可能很快就会被挖掘完毕。因此，在未来十年中，利用氢和碳的捕获、利用和储存(CCUS)的新型低排放工艺路线的商业化创新对于实现长期脱碳目标至关重要。
利用CCUS的新兴技术预计将主要在2030年后减排(见表1)。最近，100%电解氢基DRI炼钢取得了重大进展(例如，H2 Green Steel在瑞典博登的DRI- eaf钢厂项目)，根据IEA的2023年NZE情景，预计到2050年，该项目将占到铁基钢产量的近一半。
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图1 按行业划分的全球能源相关二氧化碳排放量
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2 Midrex如何解决这一挑战?
由于目前对化石燃料的严重依赖、现有路线的工艺排放以及高贸易风险，钢铁生产的减排具有挑战性。增加废料回收和大规模部署创新技术是减少排放的关键杠杆。MIDREX®工艺的标准天然气配置是生产所有形式的直接还原铁(DRI)产品的最广泛使用的技术，被视为减少二氧化碳排放的最可行的近期成熟方案。与高炉(BF)-转炉(BOF)方法相比，通过直接还原铁电弧炉(DRI- EAF)路线生产钢铁的二氧化碳排放量能够减少50%。
由于脱碳是钢铁行业可持续发展的关键，而炼铁占炼钢过程中二氧化碳排放的大部分比例，因此DRI技术必须引领潮流。
减少钢铁行业二氧化碳足迹的最终方法是在MIDREX竖炉中使用100%的氢作为还原剂来制造DRI。这项技术被称为MIDREX H2™，它包括一个专门开发的电加热器来代替重整炉，与高炉炼铁相比，减少了高达90%的二氧化碳排放。
然而，Midrex提供了另一种解决方案，允许钢铁制造商按照自己的节奏适应氢经济，我们称之为Midrex Flex™。这种技术方法允许根据工厂的运行目标用氢气替代任何比例的天然气原料，并为工厂提供灵活性，以应对不断变化的市场需求和原料适应性。因此，当足够数量的氢气以具有竞争力的价格供应时，一个标准的MIDREX工厂可以很容易地进行改造，以100%氢气替代天然气。
3了解Midrex Flex
现有的以天然气为基础的MIDREX工厂在还原性气体中已经含有相当比例的氢气，典型的氢与一氧化碳(H2/CO)比为1.5，相当于大约55%的H2和36%的CO。过去MIDREX竖炉也有一些工厂在高比例氢含量的还原气组分条件下运行了几十年。例如，委内瑞拉的FMO工厂的H2/CO比率高达3.8。因此提高还原气中氢气的含量并不是什么新鲜的创新。
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Transition from fossil to hydrogen economy
让我们来看看MIDREX Flex的关键方面(见图2):
1.氢组分比例-使用高达100%的H2作为还原剂。Midrex的解决方案可以在新的和现有的设施中适应所有的输入气体成分。
2.MIDREX重整器-在整个过渡过程中确保最佳的还原气体条件。
3.MIDREX竖炉-在整个过渡过程中提供一致的产品质量。重整器和炉料均匀移动减轻了吸热氢还原的影响。
4.碳捕获和储存-碳捕获和储存可以应用于Midrex工艺流程，可用于现有设施或新建装置。
利用天然气为基础的MIDREX工艺的工厂可以过渡到使用MIDREX Flex配置，以容纳高达100%的氢气作为还原剂。MIDREX重整器或MIDREX竖炉不需要进行基本的设计更改。此外，CO2去除系统可用于捕获CO2以进行储存或利用。
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4 操作目标
在MIDREX Flex向氢气过渡的过程中，有几个关键的操作目标。
在整个过渡期间保持工厂的全部产能，同时最大限度地减少对设备改造或新设备的需求。
DRI产品碳含量在整个过渡过程中都是最大化的。一般来说，这是通过保持过渡区添加尽可能少的天然气来实现的。
MIDREX竖炉的最佳还原性气体质量通过最大限度地增加重整器下游的氢气来保持。
在整个过渡范围内保持所需的热质量流量，以支持MIDREX竖炉中更高的吸热还原负荷。H2/CO比随着加氢量的增加而增加，要求围管处有较大的质量流量。
5 添加
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