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碳中和 HyREX Ⓡ突破性氢还原炼铁技术，近零排放 氢还原 电熔 炼铁技术 
传统的炼铁方法涉及使用煤产生的热量和气体。然而，HyREX 使用氢气将细铁矿石转化为直接还原铁 (DRI)。然后，它们被装入电熔炉 (ESF) 中以生产铁水。HyREX 还旨在通过使用绿色氢和无 CO 2可再生能源 产生的电力来实现接近零排放。 从 FINEX Ⓡ到HyREX ⓇFINEX的成功让POSCO踏上了新的征程。 HyREX，创新建立在更多创新之上传统的综合钢铁厂在高炉上运行，依赖于由细铁矿石和煤炭制成的烧结矿和焦炭。然而，POSCO 开发了一项突破性技术 FINEX，可以使用细铁矿石和煤炭生产铁水；因此，可以取消烧结和焦化过程。目前，POSCO有两座FINEX工厂正在运营，产能分别为1.5Mtpa和2.0Mtpa。在 FINEX 成功的基础上，HyREX 将采用成熟的流化床反应器技术，并使用氢气代替煤炭作为还原剂。这就是 POSCO 在净零排放竞赛中领先的方式。 
突破性技术实现“2050年碳中和”是什么让 HyREX 与众不同？ 01 通过流化床反应器还原 - 在流化床炉中，热还原气体通过设计有多个开口的分配板均匀地引入。还原气体使固体像流体一样漂浮，从而流化，使细矿颗粒均匀结合，产生高效的还原性能。流化床技术的这种独特特性使我们能够使用细铁矿石，而无需对其进行额外的造粒过程。
- 与使用块状球团的传统 DR 竖井不同，HyREX 流化床能够按原样取出细铁矿石。因此，HyREX 绕过了造粒过程，有助于降低生产成本和 CO 2排放。此外，HyREX工艺的电熔炉能够采用低品位铁矿石制成的H2 DRI。这又进一步提高了炼钢的经济效益。
- 由于氢还原本质上是吸热的；因此，产生的热量不足以维持预期的反应。因此，必须从外部来源提供额外的热量。因此，HyREX 流化床反应器以多个顺序构建，从而可以对每个反应器进行有效的温度控制。
净零碳时代，钢铁行业面临巨大挑战。对外，在全球变暖危机下，市场和客户对低碳产品的需求逐年增加，而对内则需要开发新技术和大型设施投资，以减少炼钢过程中产生的碳。沿用了几十年的炼钢工艺，从设备到技术、材料都应该向低碳体系转变，所以说钢铁企业的“生存”靠净零碳并不为过。【低碳环保炼钢工艺大转变】① HyREX在“向低碳环保炼钢工艺大转变”系列中，我们将了解POSCO为实现“净零碳2050”目标而推行的净零碳实施方法，例如随着氢还原炼钢的发展、可再生能源的扩张以及CCS，寻找“生存之道”。 HyREX与氢还原炼钢的概念
氢还原炼钢是一项利用氢气（H 2）代替化石燃料生产铁的创新技术。当煤炭和天然气等化石燃料与铁矿石发生化学反应时，会产生二氧化碳（CO 2），而氢气仅产生水（H 2 O）。因此，氢还原炼钢可以大幅减少炼钢过程中的碳排放。HyREX（氢还原）是一种基于 POSCO 拥有的 FINEX 流态化还原技术，使用铁矿粉和氢气制造熔融金属的炼钢方法。l 流化床还原反应器是氢还原炼钢的核心设备煤、天然气和氢气的共同特征是它们都起到还原剂的作用，从铁矿石（Fe 2 O 3 ）中吸收氧气（O 2）。氢还原炼钢的核心是还原炉，是氢使铁矿石发生还原反应的装置。在传统的炼钢工艺中，高炉起着还原炉的作用。高炉运行时，矿石和煤被加工成适合使用的形式并放入高炉中，并引入热空气。热空气燃烧煤，在此过程中产生的一氧化碳气体引起还原反应，从矿石中吸收氧气。另外，高炉内产生1500℃以上的热量，使铁水熔化，引起矿石熔化的反应。换句话说，在高炉中，从矿石中夺取氧气的还原反应和熔化还原固体铁（Fe）的熔融反应与煤同时发生。然而，在氢还原炼钢过程中，还原反应和熔化反应分别发生在还原炉和电炉中，而不是在高炉中。首先，铁矿石(Fe 2 O 3 )与加热至高温的氢气接触以制造铁(Fe)。用这种方法制成的铁称为直接还原铁（DRI）。之后，如果将DRI放入电炉中熔化，就会产生铁水。氢还原炼钢的核心之所以是还原炉，是因为它使用100%氢气生产直接还原铁，目前全球尚未实现商业化。根据目前的技术，可以利用煤炭和天然气使用过程中产生的部分氢气来生产DRI。此外，利用 POSCO 的 FINEX 技术，煤炭使用过程中产生的氢气约有 25% 用于铁矿石的还原。POSCO正准备与韩国政府和钢铁公司共同推动FINEX中应用的流态化还原炉技术的HyREX技术的开发，该技术使用100%氢气。相反，欧洲、美国、中国等海外钢铁企业正在推动天然气重整竖炉（CH4）转化为一氧化碳（CO）和氢气（H2）气体以供使用。POSCO于去年10月举办了首届氢还原炼钢国际论坛——氢还原炼钢2021（HyIS 2021 ）。本次活动中，POSCO首次向全球钢铁企业介绍HyREX技术。HyREX采用的流化床还原反应器是氢还原炼钢，从铁矿石种类到接触氢气的方式，与国外钢铁公司采用的竖炉法完全不同。POSCO计划通过到2030年验证HyREX技术并引领绿色钢铁时代，增强其未来在向净零碳转型方面的全球钢铁技术领先地位。那么POSCO的流化床还原反应器和其他炼钢厂的竖炉有什么区别呢？存在三个主要区别。首先，材质上的区别。竖炉使用的是球团矿，铁矿石经破碎、筛分后加工成一定尺寸的圆形，而流化床还原反应器使用的是铁矿粉，铁矿粉只是开采出来的，没有经过加工。其次，材料与氢还原气体的接触方法不同。在竖炉中，高温还原气体氢气从下到上穿过球团之间的空隙，引起球团的还原反应。还原后的球团矿进入还原炉并出来，成为DRI。
竖炉中的透气性对于还原气体顺利通过球团之间的空间很重要，因此铁矿石被加工成具有一定尺寸和强度的球团以供使用。另一方面，在流化床还原反应器中，高温还原气体通过反应器底部的多孔格栅均匀分布，使铁矿粉流化，并通过像混合液体一样混合铁矿石来引起还原反应。还原后的铁矿粉经过多级反应器后成为DRI。由于接触方法的这种差异，流化床还原反应器可以使用铁矿粉而无需预处理。第三，碳排放量的差异。一般来说，生产1吨颗粒会排放50-150公斤的CO 2 。这意味着竖炉要实现净零碳，应使用风能或太阳能等绿色能源来制造球团矿。相反，在使用铁矿粉的流化床还原反应器的情况下，不需要像球团工艺那样担心碳排放。POSCO为何开发HyREX技术？POSCO之所以开发采用流化床还原反应器而不是竖炉的HyREX氢还原炼钢技术，主要分为材料方面和设备技术方面。首先，在材料方面，HyREX的材料很容易获得，并且由于可以直接使用铁矿粉，因此生产很经济。截至2020年，全球铁矿石产量18亿吨，其中球团矿供应量4.2亿吨。这意味着目前的球团矿供应无法满足全球钢铁需求。去年12月，国际铁金属协会（IIMA）预测，如果不额外投资材料生产和炼钢技术创新，到2030年全球将面临直接还原铁球团矿供应短缺（见相关文章）。我们可以增加颗粒产量。然而，这有一个限制。欧洲和美国主要仅使用赤铁矿和磁铁矿生产球团矿，这些矿石仅占全球铁用量的30%。难以用于球团的褐铁矿占剩余的70%。此外，就成本而言，截至2021年，铁矿粉的价格比球团矿的价格低85美元/吨，这是因为生产球团矿需要对铁矿粉进行额外加工。根据等级不同，颗粒有多种类型。然而，由于低品位球团矿在半熔融状态下会降解并生成粉末和团聚体，导致渗透性下降，导致DRI排放困难，因此竖炉通常使用昂贵的高品位球团矿。去年7月，全球咨询公司麦肯锡公司表达了对优质原材料限产可能阻碍钢铁行业绿色转型的担忧（见相关文章）。考虑到全球港口运输量1.1亿吨中，除球团矿生产国的消费外，仅有4900万吨高品位球团矿用于生产直接还原铁，看来钢铁企业之间对高品位球团矿的竞争会变得更加凶猛。其次，在装备技术方面与竖炉相比，流化床还原反应器在控制床层温度方面具有优势。还原炉的温度控制技术对于氢还原炼钢至关重要，因为如果还原炉内的热量较低，铁矿石就会产生还原缺陷。使用煤或天然气等化石燃料的铁矿石的还原反应是放热反应，自身产生热量，而氢气的还原反应是吸热反应，与铁矿石接触时会吸收周围的热量，容易造成铁矿石的短缺。在还原炉中加热。换言之，应从外部向还原炉连续供给热量并进行控制，以防止低温引起的还原缺陷。还原炉中的热量由与氧气反应加热的高温氢气还原气体提供。流化床还原反应器由多级反应器组成，其中多个反应器呈阶梯状排列，每个反应器可以通过额外输入氧气来控制温度。反应器的壁和底部都可以加热，因此在900℃以下注入还原性气体可以引起充分的还原反应。然而，竖炉由单级还原炉组成，因此整个还原炉的温度只能通过底部注入的还原气体的热量来控制。因此，还原炉顶部的温度很容易变低，需要喷入1000℃以上的高温还原气体。全球钢铁公司正在开发氢还原炼钢，即在目前使用天然气作为还原剂的竖炉中添加部分氢气。竖炉主要根据天然气重整方式和操作压力来分为类型。跨国钢铁制造公司安赛乐米塔尔采用的是MIDREX法，虽然其运行稳定性较高，占全球DRI的60%，但设备投资较高，而瑞典SSAB公司和德国Salzgitter公司采用的Energiron法，相对来说运行稳定性较高。有利于氢转化，设备投资成本和沉没成本低。在 HYBRIT 项目的试点阶段，SSAB 每小时生产 1 吨 DRI。*
* 氢突破炼铁技术（HYBRIT）项目：瑞典钢铁公司SSAB、铁矿石生产公司LKAB和能源公司Vattenfall之间的联合项目，旨在促进绿色钢铁生产。国际能源署（IEA）在2020年10月的一份关于氢还原炼钢商业化前景的报告（见相关文章）中预测，要克服还原炉热量短缺和原材料限制，需要相当长的时间来开发该技术。竖炉 100% 氢转化的材料。l HyREX商业化计划POSCO将与政府和韩国钢铁公司合作，到2028年在浦项工厂建设年产100万吨的试验设施，以确认基于FINEX流化床还原反应器技术的氢还原炼钢方法HyREX技术商业化的可能性。这意味着对流态化还原操作与现有FINEX之间的差异进行了技术确认，以转换FINEX流态化还原炉的一氧化碳（CO）部分与氢气或100％氢气混合的现有方法。此外，专用于氢还原炼钢的新型电炉的工艺技术正在开发中。由化石燃料制成的DRI由于渗碳反应而含有少量的碳。如果 DRI 含有碳，铁（Fe）的熔点比1538℃降低200~300℃，更容易熔化。另一方面，使用100%氢气生产的DRI完全不含碳，熔化相对困难。因此，需要开发一种不同于现有电炉的新型电炉技术。自 1992 年开始 FINEX 技术开发并于 2007 年实现技术商业化以来，POSCO 的 FINEX 工厂已累计成功生产了 3,400 万吨熔融金属。一般来说，技术开发阶段通过实验室导致商业化的扩大（概念验证）、试点（连续流程验证）和演示（商业化验证）阶段。不过，POSCO计划从2025年开始不进行试点阶段而进入示范阶段，并根据FINEX工艺开发的技术和经验在2030年验证HyREX技术。此外，POSCO还将通过到2050年分阶段将浦项和光阳炼钢厂的现有高炉改造为氢还原炼钢，实现“净零碳2050”。POSCO开始设计HyREX示范工厂2023年7月26日与具有FINEX设施设计经验的普锐特冶金技术签署联合工程业务协议
从本月开始，他们将共同设计HyREX示范工厂的主要设施……将应用直接使用铁矿石粉的技术
POSCO将于10月在瑞典斯德哥尔摩举办“HyIS Forum 2022”……公众参与者可以在线注册参加截至 9 月 16日POSCO开始设计氢还原炼钢示范工厂，并迈出了2050年碳中和路线图的第一步。7月26日，浦项制铁与英国工厂建设公司普锐特冶金技术在浦项技术研究中心签署了氢还原炼钢工程技术合作业务协议。POSCO低碳工艺研发中心负责人Ki-soo Kim、普锐特冶金技术钢铁和生态解决方案高级副总裁Friedemann Plaul、普锐特冶金执行副总裁Aashish Gupta出席了签约仪式。POSCO低碳工艺研发中心负责人Ki-soo Kim表示：“原材料、工程和氢等跨工业领域的合作对于钢铁公司开发环保型氢还原炼钢技术非常重要。我希望看到基于两家公司技术的创造性和成功的技术开发。”POSCO计划通过其独特的环保氢还原炼钢模式“HyREX（氢还原）”技术到2050年实现碳中和。为此，该公司决定从本月开始与普锐特冶金技术正式开始设计HyREX示范工厂，普锐特冶金技术与POSCO共同设计了FINEX设施。以此设计为起点，POSCO计划在中期继续进行示范工厂EPC（设计、采购、施工），并在2030年之前验证氢还原炼钢的商业可行性。此后，该公司计划在优化生产后，通过基于 HyREX 的设施逐步取代当前的高炉，到 2050 年实现碳中和。氢还原炼钢是利用100%氢气制造直接还原铁（DRI）并在电炉中熔化以生产铁水的技术。由于该过程没有碳排放，被认为是钢铁行业碳中和的解决方案。POSCO目前正在运营使用含25%氢气的还原气体的FINEX设施，并正在开发基于FINEX技术的POSCO型氢还原炼钢模型HyREX。FINEX是POSCO于2007年成功商业化的世界首个创新技术。这是一种使用铁矿石和煤炭作为炼铁原料的粉末形式的方法，无需经过将原料制成块状的烧结和焦化过程。HyREX还将遵循通过将铁矿石直接与粉状光谱状态的氢气接触来还原铁矿石的方法。海外主要钢铁企业正在开发的氢还原炼钢模式“竖炉”中，铁矿石必须加工成硬块球团矿。然而，HyREX 可以省略该过程并使用相对低品位的矿石，预计这在成本竞争力方面具有优势。普锐特冶金技术执行副总裁 Aashish Gupta 表示：“在许多因直接使用铁矿粉而难以使用球团矿的领域，HyREX 技术可能是一种长期且根本的解决方案。让我们以在FINEX共同努力取得成功的经验为基础，书写新的成功故事。”
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