Стимулирование применения генерации кислорода VPSA: расширение поставок и использования лома стали в Индии

1. Предпосылки
Из-за сильной зависимости Индии от ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, индийская сталелитейная промышленность в основном использует коксующийся уголь для доменной выплавки чугуна и некоксующийся уголь для прямого восстановления и производства электроэнергии. Нефть используется как в качестве топлива (для повторного нагрева), так и для внутреннего транспорта. Выбросы CO2 индийской сталелитейной промышленности составляют около 12% от общих промышленных выбросов страны, что составляет примерно 7-9% от мирового объёма. Хотя процесс BF-BOF (доменная печь-кислородный конвертер) занимает менее 50% от общего объёма производства стали в Индии, интенсивность выбросов CO2 в Индии более чем на 30% выше среднемирового уровня.
Углеродная нейтральность — одна из самых актуальных проблем, стоящих сегодня перед миром. Правительство Индии также поставило углеродную нейтральность в повестку дня, предложив достичь нулевых выбросов к 2070 году. Для достижения этой цели индийская сталелитейная промышленность принимает меры по снижению интенсивности выбросов. Краткосрочные варианты включают снижение энергопотребления в используемых в настоящее время процессах и увеличение использования лома стали. Улавливание, использование и хранение углерода (CCUS) также является вариантом, но он требует капитальных затрат. Министерство стали Индии ставит целью увеличить долю лома у крупных производителей стали до 50% к 2050 году.
2. Производственная ситуация крупных индийских производителей стали
2.1 Процессы производства стали Текущие мощности и процессы производства стали крупных индийских производителей стали перечислены в Таблице 1 ниже. В финансовом году 2023 объём производства сырой стали крупными производителями составил 60,7% от общего объёма, причём примерно 70% было произведено с использованием кислородных конвертеров (BOF), а остальные 30% — с использованием электродуговых печей (EAF).
Таблица 1 — Текущие мощности и процессы производства стали крупных индийских производителей стали
2.2 Использование железной руды и лома стали
В Индии использование лома стали крупными производителями остаётся ниже 10%, снизившись с 8,44% в финансовом году 2022 до 7,27% в финансовом году 2023. В целом, несмотря на рост импорта, доля лома стали в общем объёме вводимой стали снизилась с 22,76% в финансовом году 2022 до 21,16% в финансовом году 2023, в основном из-за роста цен на лом стали. Внутреннее потребление лома стали в финансовом году 2023 составило 21,649 млн тонн, по сравнению с 27,837 млн тонн в финансовом году 2022.
Снижение использования лома стали объясняется уменьшением внутреннего производства, ростом цен и ограниченной доступностью импортного лома. Министерство стали Индии отмечает, что текущий уровень использования лома стали не соответствует правительственным ожиданиям по сокращению выбросов углерода. Около 60 стран либо запретили, либо находятся в процессе запрета экспорта лома стали. Хотя внутреннее производство лома стали в Индии может увеличиться, это вряд ли существенно снизит выбросы. Из-за недостаточной доступности лома стали электродуговые печи (EAF) вынуждены использовать жидкий чугун, который составляет более 40% от общего объёма вводимой стали, превышая 42,2% в финансовом году 2022 и 43,2% в финансовом году 2023. Увеличение использования прямо восстановленного железа (DRI) (на угольной основе) не вносит значительного вклада в сокращение выбросов. Низкая доля лома стали является одной из причин высокой интенсивности выбросов в Индии. Каждая тонна лома стали может снизить выбросы CO2 на 1,5 тонны и сэкономить 1,4 тонны железной руды, 740 кг угля и 120 кг известняка.
3. Ожидаемое производство стали и процессы к 2030 и 2050 годам
3.1 Производство стали
Согласно Национальной сталелитейной политике Индии, опубликованной в 2017 году, ожидается, что в финансовом году 2031 объём производства сырой стали достигнет 255 млн тонн. Это требует среднегодового темпа роста (CAGR) производства сырой стали на уровне 9,2% с финансового года 2023 по финансовый год 2031.
По прогнозам Crisil, ожидается, что Индия потратит почти 143 миллиарда рупий на развитие инфраструктуры в течение финансовых лет 2024-2030, что более чем вдвое превышает 670 миллиардов рупий, потраченных за предыдущие 7 финансовых лет, начиная с 2017 года. За 15 финансовых лет с 2016 по 2031 год прогнозируемый средний CAGR составляет 7%; за 15 финансовых лет с 2008 по 2023 год фактический CAGR составил 5,8%; а за 5 финансовых лет с 2018 по 2023 год (за исключением пострадавшего финансового года 2021) CAGR составил 7,2%. Поэтому, учитывая ориентацию правительства Индии на развитие инфраструктуры, ожидается, что CAGR составит около 8% к финансовому году 2031. Исходя из CAGR в 8%, объём производства сырой стали в финансовом году 2031 прогнозируется на уровне 233,7 млн тонн. Учитывая различные прогнозы, объём производства сырой стали в Индии оценивается примерно в 500 млн тонн к 2050 году.
3.2 Процессы производства стали
Согласно Национальной сталелитейной политике, к финансовому году 2031 60-65% производства сырой стали в Индии будет осуществляться по маршруту BF-BOF, а 35-40% — по процессу DRI-EAF. Учитывая текущую ситуацию, в Индии насчитывается 71 доменная печь, 5 из которых находятся в стадии строительства, и было объявлено о строительстве ещё 22 новых доменных печей. Поэтому даже к 2050 году ожидается, что в Индии будут значительные производственные мощности BF-BOF, что позволяет предположить, что доменные печи продолжат играть решающую роль.
4. Прогнозируемая доступность стального лома в Индии на 2030 и 2050 годы
Оценочный объем образования стального лома в Индии составил примерно 280 млн тонн в 2022 финансовом году и около 220 млн тонн в 2023 финансовом году. Будучи развивающейся страной, более 60% производства стали в Индии направляется в инфраструктурный и строительный секторы со сроком службы около 50 лет, поэтому объем образующегося стального лома не будет значительным.
Выведенные из эксплуатации автомобили являются одним из источников стального лома. Правительство Индии ввело в 2022 году программу утилизации автомобилей, согласно которой легковые автомобили старше 20 лет и коммерческие автомобили старше 15 лет подлежат утилизации. По оценкам, объем стального лома от утилизированных автомобилей составит 4,6 млн тонн в 2023 финансовом году, 5,3 млн тонн в 2025 финансовом году и 7,3 млн тонн к 2030 году. К 2050 году эта цифра может возрасти примерно до 15 млн тонн.
Другие источники стального лома включают списанные суда, строительные площадки, заводы, мастерские и внутренне генерируемый стальной лом на металлургических заводах. К 2030 году разделка судов может дать 7-7,5 млн тонн стального лома, а внутренне генерируемый стальной лом на металлургических заводах составляет около 8% производства сырой стали. По оценкам, к 2030 и 2050 годам этот источник может дать примерно 200 млн тонн и 400 млн тонн стального лома соответственно.
В глобальном масштабе по оценкам, к 2030 году производство сырой стали достигнет 1,95 млрд тонн, потребление стального лома составит 828 млн тонн, а коэффициент использования стального лома - 35%-36%. Ожидается, что соотношение доменных печей к электродуговым печам составит 60:40 по сравнению с текущим соотношением 70:30.
5. Прогнозируемая структура и процессы ввода стали на 2030 и 2050 финансовые годы
Процессы производства стали в Индии за 2023 финансовый год включают 46% BF-BOF, 22% BF/DRI-EAF и 32% IF (DRI и лом). Показатели использования стального лома в доменных печах, электродуговых печах и индукционных печах составляют примерно 8%, 27% и 30% соответственно; показатели использования жидкого чугуна - 92%, 43% и 0%, а DRI - 0%, 30% и 70%. Из DRI, используемого в электродуговых печах, около 85% является газовым, а остальные 15% - угольным, и индукционные печи используют 100% угольный DRI. Жидкий чугун включает производство из печей прямого восстановления железа.
При планировании будущих процессов необходимо учитывать два ключевых момента: во-первых, снижение высокой доли BF-BOF для уменьшения выбросов CO2; во-вторых, уменьшение доли индукционных печей для производства более качественных марок стали. Рекомендуется принять процессы, указанные в таблице 2 ниже.
Таблица 2 - Рекомендуемые процессы производства стали (%)
В таблице 3 приведены прогнозируемые объемы производства сырой стали, потребности в сырье и их пропорции (жидкий чугун: прямое восстановленное железо: стальной лом) для крупных металлургических заводов и других производителей на 2030 и 2050 финансовые годы, а также фактические данные за 2023 финансовый год.
Таблица 3 – Прогнозируемые объемы производства сырой стали, потребности в сырье и пропорции (млн тонн, %) для индийских производителей стали
6. Заключение
В настоящее время интенсивность выбросов CO2 в индийской сталелитейной промышленности на 30% выше среднемирового уровня, что связано с двойной проблемой недостаточной доступности лома и природного газа. В результате значительное использование жидкого чугуна и угольного DRI приводит к высокой интенсивности выбросов. Кроме того, из-за ограничений или запретов на экспорт лома большинством стран для увеличения внутреннего использования лома, импорт лома также является чрезвычайно сложной задачей.
Заменить все доменные печи к 2050 году будет сложно, так как некоторые из них недавно введены в эксплуатацию, а другие все еще строятся. Поэтому увеличение использования лома до 50% к 2050 году не является осуществимым для крупных индийских металлургических заводов.
Прогнозируется, что к 2050 году доля лома в Индии может достигнуть 25% (в настоящее время около 20%), а у крупных производителей стали - 20% (в настоящее время около 10%).
Традиционное производство стального лома в значительной степени зависит от угля и угольного DRI, что приводит к высоким выбросам углерода. В отличие от этого, сталеплавильное производство в электродуговых печах использует электричество для нагрева стального лома и железа, снижая потребность в угле и значительно уменьшая выбросы углерода.
При коротко-процессной выплавке стали в электродуговых печах применение Вакуумная короткоцикловая адсорбция (VPSA) кислородных установок имеет решающее значение для улучшения управления печью и эффективности производства. Кислородные установки VPSA используют молекулярные сита для получения обогащенного кислорода из воздуха. По сравнению с традиционными криогенными системами, системы VPSA имеют более низкие затраты на строительство и эксплуатацию и могут регулировать расход кислорода в соответствии с изменениями потребностей во время выплавки стали, что помогает оптимизировать атмосферу в печи и химические реакции в расплаве для дальнейшего повышения эффективности работы печи и качества стальной продукции, а также способствует значительному снижению энергопотребления и выбросов, тем самым уменьшая общий углеродный след.
Обладая 25-летним опытом в области разделения газов, PKU Pioneer занимает лидирующие позиции в мире по технологии производства кислорода VPSA с точки зрения мощности кислорода, производительности оборудования и энергоэффективности. PKU Pioneer предоставил высококачественные решения для генерации кислорода более 70 металлургическим предприятиям по всему миру, включая таких мировых лидеров, как Baosteel, помогая пользователям оптимизировать процессы выплавки стали, снизить энергопотребление и достичь зеленого устойчивого развития.