Сталь по-новому, приручение водорода и космолифт для СО2
Директор инженерно-технологического центра выксунского завода ОМК Александр Мунтин в интервью корпоративному журналу компании рассказал, как новые технологии помогут снижать воздействие металлургического производства на окружающую среду.
— Металлургическое производство связано с высоким уровнем углеродных выбросов. Насколько продвинулись попытки уменьшить их объем при выплавке стали?
— Существует два способа получения стали. Первый процесс — традиционный. Сначала в доменную печь закладывают железную руду, кокс и некоторые дополнительные компоненты; в результате ряда химических реакций получается чугун. Затем жидкий чугун подают в агрегаты для производства стали — конвертеры. Чугун обезуглероживают с применением кислородной продувки, а далее на установках внепечной обработки производят сталь нужного состава. Из нее разливают заготовки для обработки давлением. К традиционным относится и процесс выплавки стали из лома и твердого чугуна в дуговых электропечах. По таким технологиям в мире выпускают около 90% стали. Еще около 10% производят по технологии прямого восстановления железа из руды с помощью природного газа. Этот способ известен с прошлого века. В нашей стране такое производство запустили на Оскольском электрометаллургическом комбинате в Белгородской области в 1980-е годы.
На горнодобывающей фабрике формируют железорудные окатыши с повышенным содержанием железа. Они поступают на предприятие, где находится установка прямого восстановления железа. Там осуществляется металлизация сырья с повышением процента железа, не загрязненного примесями. Процесс проходит быстрее и более экологично, чем доменный процесс, так как применяют природный газ вместо кокса. Полученные металлизованные окатыши отправляют в электросталеплавильные печи, которые тоже более экологичны по сравнению с конвертерами за счет меньших выбросов СО2.
За последние десятилетия в мире получила распространение новая технология совмещенного процесса разливки и прокатки. Она позволяет отправлять горячую заготовку из сталеплавильного цеха сразу в прокатный стан, снижая затраты на ее нагрев и выбросы.
— Распространение технологии прямого восстановления железа поспособствует более экологичному развитию мировой металлургии?
— Если сравнивать традиционный металлургический процесс и процесс прямого восстановления железа, то углеродный след от второго гораздо ниже. Применение технологии прямого восстановления железа позволяет отказаться от агломерационного, коксохимического и доменного производств — основных источников образования углекислого газа — и на порядок снизить его выбросы.
В чем еще перспектива? В реформере установки прямого восстановления железа происходит преобразование природного газа в технологический газ, содержащий оксид углерода и водород. Водород является высокоэффективным и экологически чистым восстановителем. Следующим шагом может быть переход на восстановление окислов железа водородом. Установка прямого восстановления железа, в принципе, позволяет реализовать такую технологию, и тогда углеродный след снижается практически до нуля.
Замена углеродного топлива в металлургических агрегатах на экологичные альтернативы вполне возможна. Но нужна подготовленная инфраструктура — водород требует специальных условий, в том числе потому, что он более взрывоопасный, чем природный газ.
Несколько экспериментальных установок прямого восстановления железа в Австрии и Германии уже полностью работают на водороде. Вопрос только в экономической составляющей, потому что водород в четыре-пять раз дороже природного газа. Практически в любом процессе, где используют природный газ, можно рассмотреть переход на H2.
— В том числе на зеленый водород, о котором часто говорят?
— К зеленому водороду относят тот, который был получен с минимальным попутным производством СО?. Например, когда ставят ветряки в море, они вырабатывают электроэнергию, которая используется для электролиза — получения водорода из воды.
Основным двигателем перехода на водород является Европа, где действуют соответствующие государственные программы. Существенную часть потребления они хотят перевести с природного газа на водород. Также в Китае активно занимаются этим направлением.
Кстати, для металлургии очень интересная тема — транспортировка водорода под высоким давлением. Молекулы H? маленькие, а при определенных условиях легко могут распадаться на атомы. Атомы водорода могут просочиться где угодно, даже сквозь стальную трубу. Возможны небольшие утечки.
Кроме того, когда водород под высоким давлением должен транспортироваться из одной точки к другой, его атомы могут скапливаться внутри стали, изнутри ее распирать и способствовать формированию трещин. Как предотвратить риски разрушения изделий? Задача достаточно интересная. У нас и за рубежом над этим работают сильнейшие ученые-металловеды.
— Использование водорода влечет за собой и вопросы о хранении и переработке углекислого газа, верно? Насколько это сложно технологически?
— Насколько знаю, эффективных способов переработки этого газа нет. По крайней мере, в том количестве, которое может остаться при производстве водорода. Если упрощенно, то СО2 либо выбрасывается в атмосферу и влияет на экологию, либо мы тратим деньги и его куда-то закачиваем. Тогда на природу он вроде бы не влияет, но где-то там сидит и ждет своего часа.
Важный вопрос, который стоит перед водородной энергетикой: что делать, если мы будем производить водород, например, из метана, куда потом девать углекислый газ? Есть идеи закачивать его избыток в емкости, которые после можно отправлять в космос, или выбрасывать ионы СО2 туда через разреженную атмосферу Арктики.
Но наиболее распространенный вариант — закачка СО2 в те скважины, из которых добыт природный газ. Например, после добычи его разделили на водород и углекислый газ. Водород отправили к потребителям, а СО2 обратно закачали. Для проработки этого варианта газодобывающие компании проводят исследовательские работы.
Кстати, здесь есть вызов для металлургии. Требуются определенные стали и трубы, которые обеспечивают стойкость к воздействию углекислого газа. Производители, в том числе и мы, активно занимаются разработкой труб для закачки СО2, поскольку мы видим интерес к такой продукции со стороны добывающих компаний. Выксунский завод ОМК располагает необходимой научной и технологической базой для проведения таких разработок и внедрения их в производство.
— А есть ли прорывные решения в сфере переработки побочных продуктов металлургического производства?
— При выплавке в доменных и сталеплавильных печах образуются шлаки и другие сопутствующие материалы. В некоторых случаях они могут составлять до половины массы выплавляемых металлов.
Есть несколько вариантов работы со шлаком. Самый простой — высыпать на отвал на территории предприятия либо отправить на внешний полигон. Но можно использовать его с большей пользой. Так, из шлака получают щебень, песок, готовые щебеночно-песчаные смеси, которые востребованы для строительства автомобильных дорог — покрытий, оснований и других конструктивных слоев дорожной одежды. В Выксе от нашего сталеплавильного производства — мартена, который закрыли в 2018 г., — образовалось много шлака — шлакового нефракционированного щебня. Этот материал использовали при строительстве платной трассы М12.
Щебень и шлаковый песок могут быть использованы при производстве строительных материалов, например бетонных смесей, товарного бетона, а также железобетонных изделий — колец и плит, тротуарной плитки, бортовых камней, некоторые шлаки применяют при производстве цемента — такие примеры есть. Есть интересные кейсы использования шлака. Например, в России и за рубежом пробуют создавать горнолыжные трассы на основе залежей шлака.
Мы также занимаемся вопросами переработки побочных продуктов сталеплавильного производства. Ведем исследования своими силами, привлекаем внешние организации, которым направляем наши образцы материалов для того, чтобы они могли использовать их при производстве цемента, железобетонных изделий, строительстве дорог.
Перспективным направлением представляется взаимодействие с предприятиями, перерабатывающими пыль газоочистки электропечей. В случае положительного результата экологически вредные частицы превратятся в ценное сырье для извлечения цинка.
Об экологической программе и технологиях ОМК можно будет узнать на стенде компании во время 31-й Международной промышленной выставки «Металл-Экспо-2025» 11-14 ноября в Санкт-Петербурге.
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные (авторизованные) пользователи сайта.