Разработка способа производства водорода на базе газовых отходов конвертерного производства стали

С. Н. Петин; А. А. Борисов; Д. Д. Голдобин; В. С. Королев; А. В. Бурмакина

doi:10.34831/EP.2023.75.53.004

Разработка способа производства водорода на базе газовых отходов конвертерного производства стали

С. Н. Петин, А. А. Борисов, Д. Д. Голдобин, В. С. Королев, А. В. Бурмакина

Аннотация

Показаны перспективы использования водорода в процессах черной металлургии с целью снижения выбросов парниковых газов. Проведена оценка выбросов диоксида углерода при производстве конвертерной стали от сжигания конвертерных газов. Предложен способ производства водорода при использовании конвертерных газов и при утилизации диоксида углерода. Проведены расчеты схемы с использованием программного комплекса Aspen Hysys, на основании которых определена эффективность снижения выбросов диоксида углерода при производстве конвертерной стали.

Ключевые слова

производство водорода, парниковые газы, черная металлургия, кислородный конвертер, конвертерный газ, природный газ, энергохимическая аккумуляция, производство электроэнергии

Полный текст:

PDF

Литература

Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. Утверждена распоряжением Правительства РФ от 09.10.2020 № 1523-р.

План мероприятий «Развитие водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года». Утвержден распоряжением Правительства РФ от 12.10.2020 № 2634-р.

Zhang C. et al. Blast furnace hydrogen-rich metallurgy-research on efficiency injection of natural gas and pulverized coal // Fuel. — 2022. — Т. 311. — С. 122412. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236121022845 (дата обращения 31.03.23).

Проект по строительству одного из крупнейших в мире заводов по производству горячебрикетированного железа (ГБЖ) [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.me- talloinvest.com/upload/iblock/8a6/prezentatsiya-gbzh_ rus-_1_.pdf (дата обращения 31.03.23).

Попов, С. К. Повышение эффективности теплотехнологий при использовании природного газа и кислорода / С. К. Попов, С. Н. Петин, И. Н. Свистунов, В. А. Ипполитов. — М.: Издательство МЭИ, 2018. — 192 с.

Петин, С. Н. Моделирование процессов горения природного газа и водорода / С. Н. Петин, В. С. Королев, А. А. Борисов, А. В. Бурмакина // Промышленная энергетика. — 2022. — № 12. — С. 36 – 44.

Как «зеленеет» сталь: «Магнитка» снижает углеродный след [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://sber.pro/publication/kak-zeleneet- stal-magnitka-snizhaet- uglerodnyi-sled (дата обращения 7.03.23)

Тахаутдинов, Р. С. Производство стали в кислородно-конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината / Р. С. Тахаутдинов. — Магнитогорск: Магнитогорский дом печати, 2001. — 146 с

Правительство РФ установило плату за превышение квоты выбросов CO2 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://plus-one.ru/ news/2022/08/22/pravitelstvo-rf-ustanovilo-platu-za- prevyshenie-kvoty-vybrosov-co2 (дата обращения 10.03.23)

Зайцев, А. А. О перспективах утилизации конвертерного газа на ЧерМК ПАО «Северсталь» / А. А. Зайцев, А. Е. Талантов // Черная металлургия. — 2016. — № 8. — С. 82–85.

«Северсталь» обеспечит себя электроэнергией за счет использования вторичных ресурсов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://35media.ru/news/2019/10/10/severstal-obes- pechit-sebya-elektroenergiej-za-schet-ispolzovaniya- vtorichnyh-energoresursov (дата обращения 10.03.23)

Пат. 2640514 (РФ), МПК C21C 5/38. Способ выработки электроэнергии с использованием тепла отходящих конвертерных газов / А. Е. Талантов, А. А. Зайцев, В. Н. Тихонов. Заявитель и патентообладатель Публичное акционерное общество «Северсталь» (ПАО «Северсталь») (RU), заявл, 2018.01.09 // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 1.

Постановление Правительства РФ от 5 августа 2022 г. № 1390 «Об утверждении Правил исчисления и взимания платы за превышение квоты выбросов парниковых газов в рамках проведения эксперимента по ограничению выбросов парниковых газов на территории Сахалинской области» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.garant.ru/hotlaw/federal/1559385 (дата обращения 13.03.23)

Пат. 2661688 РФ, МПК С21В5/06. Способ производства синтез-газа в цикле работы металлургического завода / Ахац Райнхольд, Вагнер Йенс, Олес Маркус и др. Заявитель и патентообладатель Тиссенкрупп АГ. № 2016127975, Заявл. 11.12.2014 // Изобретения. Полезные модели. — 2018. — № 20.

Пат. 2525012 РФ, МПК C21C 5/38 С 10В/57/00. Способ использования конвертерного газа для производства топлива / С. П. Мочалов, М. Б. Школлер, Е. В. Протопопов. Патентообладатель: Сибирский государственный индустриальный университет. № 2012130546/02, заявл, 2012.07.17 // Изобретения. Полезные модели. 2014. № 3.

Пат. на п.м. 144630 РФ МПК C10K1/02. Устройство для регенерации конвертерного газа / Ю. Чжай (AT), А. Фляйшандерль (AT). Заявитель и патентообладатель СИМЕНС ФАИ МЕТАЛЗ ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ (AT) № 2013151909, заявл, 2012.04.20 // Изобретения. Полезные модели. 2014. № 24.

Пат. 2466192 (РФ), МПК С21С5/38. Способ преобразования отходящего газа, образовавшегося в металлургической печи, способ получения преобразованного газа, устройство риформинга отходящего газа, устройство для преобразования отходящего газа, способ охлаждения отходящего газа и устройство для охлаждения отходящего газа / К. Такаги, Х. Саима, М. Ясухиро, М. Ясуо; Заявитель и патентообладатель ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН. № 2010146491/02, заявл. 12.02.2009 // Изобретения. Полезные модели. 2012. № 31.

Пат. 2536123 (РФ), МПК С21С5/38. Способ и устройство для охлаждения отходящего газа / К. Такаги, Х. Саима, М. Ясухиро, М. Ясуо; Заявитель и патентообладатель ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН. № 2012130458/02, заявл. 12.05.2009 // Изобретения. Полезные модели. 2014. № 35.

Картавцев, С. В. Природный газ в восстановительной плавке. СВС и ЭХА / С. В. Картавцев. — Магнитогорск: МГТУ, 2000. — 188 с.

Картавцев, С. В. Интенсивное энергосбережение и технический прогресс черной металлургии / С. В. Картавцев. — Магнитогорск: МГТУ, 2008. — 311 с.

Попов, С. К. Энергохимическая аккумуляция высокотемпературных газовых отходов / С. К. Попов, С. Н. Петин, А. В. Бурмакина, П. А. Стогов // Теплоэнергетика. — 2019. — № 2. — С. 51– 62.

Пат. 2637439 РФ, МПК С21С5 / 38. Способ утилизации конвертерных газов для производства водорода / С. Н. Петин, А. В. Бурмакина, В. А. Ипполитов. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ». № 2016129998. Заявл. 21.06.2016 // Изобретения. Полезные модели. — 2017. — № 34.

Petin, S. N. Power - cost effectiveness of hydrogen generation using gas wastes from steel smelting / S. N. Petin, T. A. Vysochina, P. N. Grigoryev, S. K. Popov // Journal of Physics: Conference Series. Volume 1683 (2020) 052014 DOI: 10.1088/ 1742-6596/1683/5/052014 (дата обращения 31.03.23)

Петин, С. Н. Развитие водородной энергетики и перспективные разработки производства водорода из природного газа / С. Н. Петин, С. К. Попов, Д. Д. Голдобин, Э. А. Сериков, А. В. Бурмакина // Промышленная энергетика. — 2021. — № 3. — С. 51–58.

Григорьев, П. А. Эффективное использование природного газа для производства водорода на металлургических предприятиях / П. А. Григорьев, С. Н. Петин, С. К. Попов, Д. Д. Голдобин // Научный журнал Российского газового общества. — 2022. — № 3. — С. 70 – 75.

Techno-Economic Evaluation of SMR Based Standalone (Merchant) Hydrogen Plant with CCS. Report number Report № 2017-02. Affiliation IEA Greenhouse R&D Programmer. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ieaghg.org/exco_ docs/2017-02.pdf (дата обращения 31.03.23)

HYSYS Operations Guide 2004.2 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.academia.edu/42216879/HYSYS_2004_2_Operations_ Guide (дата обращения 14.03.23)

Никифоров, Г. В. Энергосбережение и управление в металлургическом производстве / Г. В. Никифоров, В. К. Олейников, Б. И. Заславец. — М.: Энергоатомиздат, 2003. — 480 с.

Об утверждении методических указаний и руководства по количественному определению объема выбросов парниковых газов организациями, осуществляющими хозяйственную или иную деятельность в Российской Федерации: приказ Минприроды России от 30.06.2015 № 300.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.75.53.004