การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าต้อนรับโอกาสอันสดใสในจีน ขับเคลื่อนอนาคตที่สดใสสำหรับการผลิตออกซิเจนแบบ VPSA

1.ความจำเป็นในการพัฒนาแนวทางระยะสั้นของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า

การบรรลุเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสูงสุดภายในปี 2030 และความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2060 เป็นการตัดสินใจเชิงยุทธศาสตร์ที่สำคัญของรัฐบาลจีน และเป็นข้อผูกพันอันจริงจังต่อโลก ตั้งแต่การปฏิรูปและเปิดประเทศ อุตสาหกรรมเหล็กของจีนได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ปริมาณการผลิตเหล็กดิบเพิ่มขึ้นจาก 31.78 ล้านตันในปี 1978 (คิดเป็น 4.4% ของโลก) เป็นเกิน 100 ล้านตันเป็นครั้งแรกในปี 1996 ที่ 101.24 ล้านตัน (13.5% ของโลก) ทำให้จีนเป็นผู้ผลิตเหล็กรายใหญ่ที่สุดของโลก และจากนั้นก็เกิน 1 พันล้านตันในปี 2020 ที่ 1.053 พันล้านตัน (56.7% ของโลก)

แม้จะมีการลดลงเล็กน้อยในช่วง 3 ปีที่ผ่านมา แต่ในปี 2022 ก็ยังคงสูงถึง 1.013 พันล้านตัน (ประมาณ 54% ของโลก) ภาคส่วนเหล็กและเหล็กกล้าของจีนยังคงพึ่งพาพลังงานฟอสซิลจากถ่านหินเป็นอย่างมาก ส่งผลให้มีการปล่อยคาร์บอนจำนวนมาก คิดเป็นประมาณ 16% ของปริมาณทั้งหมดของประเทศ รองจากการผลิตไฟฟ้าและการขนส่งเท่านั้น

ดังนั้น การลดการปล่อยคาร์บอนในกระบวนการผลิตเหล็กอย่างมีประสิทธิภาพจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญที่อุตสาหกรรมเหล็กและประเทศชาติจำเป็นต้องแก้ไขอย่างเร่งด่วน

สัดส่วนที่ต่ำของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้อุตสาหกรรมเหล็กของจีนมีการปล่อยคาร์บอนสูง การใช้พลังงานสูง และมลพิษสูง

ในระดับโลก สัดส่วนของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าในผลผลิตรวมเพิ่มขึ้นจาก 7.3% ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 เป็น 32%-35% ในปัจจุบัน ในประเทศต่างๆ เช่น อิหร่าน ตุรกี สหรัฐอเมริกา และอินเดีย สัดส่วนนี้สูงกว่า 50% โดยบางประเทศสูงกว่า 90% จากข้อมูลของสมาคมเหล็กและเหล็กกล้าจีน ในปี 2022 การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าในจีนคิดเป็นเพียง 9.7% ของการผลิตเหล็กดิบทั้งหมด ซึ่งต่ำกว่าค่าเฉลี่ยทั่วโลกที่ 30% มาก

เมื่อเทียบกับกระบวนการยาวแบบเตาหลอม-คอนเวอร์เตอร์แบบดั้งเดิม กระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าที่ใช้เศษเหล็กทั้งหมดช่วยลดการใช้พลังงานต่อตันเหล็กได้ประมาณ 50% ลดการปล่อยของเสียของแข็งได้ประมาณ 96% ลดการปล่อยก๊าซเสียได้ประมาณ 78% ลดการปล่อยคาร์บอนได้ประมาณ 73% และลดมลพิษทางอากาศโดยรวมได้ประมาณ 90% ตามแนวทางการพัฒนาอุตสาหกรรมของประเทศพัฒนาแล้ว หากผลผลิตเหล็กทั้งหมดของจีนคงที่และสัดส่วนการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็น 30% ภายในปี 2035 การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อาจลดลงได้ประมาณ 15% ดังนั้น ประโยชน์ด้านการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษของการพัฒนากระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการสั้นของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้ายังมีข้อดีเพิ่มเติม เช่น ความสามารถในการเริ่มและหยุดการผลิตตามต้องการ ประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นสูง และศักยภาพในการเป็นศูนย์กลางสำหรับการรีไซเคิลขยะในเมือง ดังนั้น การเน้นการพัฒนากระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าซึ่งส่วนใหญ่ใช้เศษเหล็กเป็นวัตถุดิบ จึงเป็นการตัดสินใจเชิงยุทธศาสตร์ที่สำคัญเพื่อให้บรรลุการพัฒนาที่ยั่งยืนในอุตสาหกรรมเหล็ก

2.การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าของจีนกำลังเผชิญกับโอกาสในการพัฒนาที่เอื้ออำนวย

การผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าของจีนกำลังเผชิญกับโอกาสในการพัฒนาที่เอื้ออำนวย ซึ่งสะท้อนให้เห็นในสามด้านหลัก:

1) ความพร้อมใช้งานของทรัพยากรเศษเหล็กที่เพิ่มขึ้น:

คาดว่าภายในปี 2025 จีนจะสร้างเศษเหล็กมากกว่า 300 ล้านตัน การปลดปล่อยทรัพยากรเศษเหล็กจำนวนมากเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า

2) การส่งเสริมโดยแนวโน้มการพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคาร์บอนต่ำในอุตสาหกรรมเหล็ก:

ความเข้มข้นของการปล่อยคาร์บอนของกระบวนการยาวแบบเตาหลอม-คอนเวอร์เตอร์ออกซิเจนพื้นฐาน (BF-BOF) สูงกว่ากระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าที่ใช้เศษเหล็กทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ การรวมอุตสาหกรรมเหล็กเข้าสู่ตลาดซื้อขายการปล่อยก๊าซคาร์บอนแห่งชาติและการแนะนำนโยบายภาษีคาร์บอนจะช่วยเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของกระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้า นอกจากนี้ การรวมข้อมูลรอยเท้าคาร์บอนและมาตรการลดคาร์บอนเข้ากับตัวชี้วัดผลิตภัณฑ์เหล็กโดยผู้ใช้เหล็กพิเศษระดับสูงจะส่งเสริมการพัฒนาการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าเช่นกัน

3) การสนับสนุนโดยนโยบายระดับชาติ:

ตั้งแต่ปี 2016 เป็นต้นมา รัฐบาลระดับชาติและจังหวัดได้ออกนโยบายและเอกสารหลายชุดเพื่อส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในเดือนสิงหาคม 2019 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ (MIIT) ได้ออกเอกสารซึ่งเสนออย่างชัดเจนว่าภายในสิ้นปี 2025 สัดส่วนของกำลังการผลิตเตาอาร์กไฟฟ้าที่ถูกแทนที่และสร้างขึ้นโดยแต่ละจังหวัดต้องไม่น้อยกว่า 30% ของกำลังการผลิตทั้งหมดที่ดำเนินการ ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมนโยบายที่เอื้ออำนวยต่อการพัฒนาการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า

3. ทิศทางการพัฒนาสำหรับโรงงานเหล็กแบบเตาอาร์กไฟฟ้าในจีนคืออะไร?

เนื่องจากการขาดแคลนทรัพยากรเศษเหล็กและต้นทุนที่สูงของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า จีนยังไม่พร้อมที่จะพัฒนาการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าที่ใช้เศษเหล็กทั้งหมดในปริมาณมาก คาดว่าสัดส่วนการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจะเกิดขึ้นหลังปี 2030 หรือแม้กระทั่งหลังปี 2035 ซึ่งขึ้นอยู่กับ 3 ปัจจัย:

1) คาดว่าจีนจะต้องใช้เวลาอีก 8-10 ปีจึงจะมีอุปทานเศษเหล็กที่เพียงพอ

2) คาดว่าหลังปี 2030 ความต้องการเหล็กทั้งหมดของจีนจะลดลงเหลือน้อยกว่า 800 ล้านตัน การปิดโรงงานกระบวนการยาวบางแห่งจะลดการใช้เศษเหล็กในคอนเวอร์เตอร์

3) การพัฒนาเชิงนิเวศจะส่งเสริมการสร้างโรงงานเหล็กในเมือง กระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าสามารถใช้ของเสียจากสังคม เช่น เศษเหล็ก ไฟฟ้าส่วนเกิน และน้ำประปาหมุนเวียนในเมืองที่เกิดขึ้นรอบเมือง ส่งเสริมการอยู่ร่วมกันอย่างกลมกลืนระหว่างวิสาหกิจเหล็กและเมือง

ดังนั้น โรงงานเหล็กของจีนที่ใช้กระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าควรพัฒนาในปัจจุบันและอนาคตอย่างไร? สามารถพิจารณาแนวทางต่อไปนี้:

1) สำรวจช่องทางหลายช่องทางในการจัดหาวัสดุที่มีธาตุเหล็กซึ่งสามารถทดแทนเศษเหล็กได้ เหล็กหลอมรีดิวซ์โดยตรง (DRI) เหล็กอัดแท่งร้อน (HBI) และเหล็กหลอมเหลวจากเตาหลอมเป็นทางเลือกทั่วไปในปัจจุบัน เนื่องจากการขาดแคลนก๊าซธรรมชาติ จีนยังไม่พร้อมที่จะพัฒนาเตาหลอมแกนแบบใช้แก๊สเพื่อผลิต DRI ในปริมาณมาก ดังนั้น บริษัทเหล็กจีนได้รับการสนับสนุนให้ออกไป สร้างโรงงาน DRI ในประเทศที่มีทรัพยากรก๊าซธรรมชาติและแร่เหล็กค่อนข้างอุดมสมบูรณ์ และนำเข้าผลิตภัณฑ์มายังจีนเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า

2) เพื่อพัฒนาโรงงานเหล็กในเมืองแบบกระบวนการสั้น ในการพัฒนาการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าแบบกระบวนการสั้น จีนสามารถเรียนรู้จากประสบการณ์ของมินิมิลส์ในสหรัฐอเมริกา และวางตำแหน่งโรงงานเหล็กอย่างมีกลยุทธ์บริเวณชานเมือง ตำแหน่งนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการเข้าถึงเศษเหล็กและของเสียที่เป็นของแข็งที่มีธาตุเหล็กอื่นๆ จากเมือง นอกจากนี้ สามารถใช้เตาไพโรไลซิสชีวมวลเพื่อแปรรูปขยะในเมืองและเศษเหลือทางการเกษตร เช่น ฟางข้าว เพื่อผลิตก๊าซรีดิวซ์ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และมีเทน รวมถึงทรัพยากรคาร์บอนราคาถูกอื่นๆ เป็นตัวรีดิวซ์สำหรับเตาหมุน ก๊าซเสียและความร้อนทิ้งสามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้า สร้างระบบจัดการพลังงานไมโครกริดอัจฉริยะ ระบบนี้สามารถใช้ประโยชน์จากไฟฟ้านอกช่วงพีคหรือการผลิตพลังงานสะอาดได้อย่างเต็มที่ ทำให้เตาอาร์กไฟฟ้าสามารถช่วยปรับสมดุลโหลดของโครงข่ายไฟฟ้าในเมือง ซึ่งมีส่วนช่วยในการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ลดต้นทุนการผลิตเหล็ก และส่งเสริมการอยู่ร่วมกันอย่างกลมกลืนระหว่างวิสาหกิจเหล็กและเมือง โรงงานเหล็กในเมืองเหล่านี้ ซึ่งเน้นผลิตภัณฑ์ เช่น เหล็กเส้นและเหล็กลวด ควรมีกำลังการผลิตประมาณ 1 ล้านตันต่อปี

3) ในที่สุด จะเปลี่ยนอุตสาหกรรมเหล็กของจีนให้ถูกครอบงำโดยกระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขของทรัพยากรเศษเหล็กที่ค่อนข้างอุดมสมบูรณ์และไฟฟ้าสะอาด ตามประมาณการของสมาคมเหล็กและเหล็กกล้าจีนและองค์กรที่เกี่ยวข้องอื่นๆ ทรัพยากรเศษเหล็กของจีนอาจสูงถึง 400 ล้านตันภายในปี 2035 ในจุดนั้น การพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญของการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าแบบกระบวนการสั้นจะเริ่มต้นอย่างแท้จริง ภายในปี 2050 คาดว่าทรัพยากรเศษเหล็กของจีนจะสูงถึงประมาณ 550 ล้านตัน โดยมีผลผลิตเหล็กดิบประมาณ 800 ล้านตัน ในสถานการณ์นี้ สัดส่วนมากกว่า 70% ของเหล็กดิบจะถูกผลิตโดยใช้กระบวนการสั้นของเตาอาร์กไฟฟ้า โดยมีเศษเหล็กเป็นวัตถุดิบหลัก เสริมด้วย DRI ที่ผลิตผ่านโลหะวิทยาไฮโดรเจน ในขณะที่สัดส่วนของการผลิตเหล็กดิบแบบกระบวนการยาวจะไม่เกิน 30%

อุปกรณ์ผลิตออกซิเจนทางอุตสาหกรรมแบบ VPSA (การดูดซับด้วยแรงดันสูญญากาศแบบสลับ) มีบทบาทสำคัญในการผลิตเหล็กด้วยเตาอาร์กไฟฟ้าแบบกระบวนการสั้น อุปกรณ์ออกซิเจน VPSA สามารถให้ออกซิเจนเสริมอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพ เพิ่มอุณหภูมิภายในเตาอาร์กไฟฟ้า เร่งกระบวนการหลอมละลาย และด้วยเหตุนี้จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตเหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังช่วยลดการใช้เชื้อเพลิง ลดต้นทุนพลังงาน และลดการปล่อย CO2 และก๊าซอันตรายอื่นๆ สนับสนุนเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อม ยิ่งไปกว่านั้น การนำออกซิเจนเข้ามาส่งเสริมการเกิดตะกรัน ช่วยขจัดสิ่งสกปรกออกจากเหล็กหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยเพิ่มความบริสุทธิ์และคุณภาพของเหล็ก การประยุกต์ใช้ชุดผลิตออกซิเจน VPSA ทำให้กระบวนการผลิตเหล็กมีความยืดหยุ่นและควบคุมได้ง่ายขึ้น ตอบสนองความต้องการการผลิตของผลิตภัณฑ์เหล็กประเภทต่างๆ ได้ดียิ่งขึ้น

PKU Pioneer ยืนอยู่ในแถวหน้าของ ระบบผลิตออกซิเจน VPSA อุตสาหกรรม โดยสร้างชื่อเสียงในฐานะแบรนด์ชั้นนำที่รู้จักกันดีในการส่งมอบโซลูชันการจ่ายออกซิเจนคุณภาพสูง จนถึงปัจจุบัน PKU Pioneer ประสบความสำเร็จในการจัดหาโซลูชันโรงงานผลิตออกซิเจน VPSA คุณภาพสูงให้กับวิสาหกิจเหล็กชั้นนำเกือบ 70 แห่งทั่วโลก และได้บรรลุกำลังการผลิตสูงสุดที่ 10,000 Nm³/h ในโรงงานเหล็กแห่งเดียวอย่างก้าวกระโดด นอกจากนี้ เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ PSA CO เฉพาะของ PKU Pioneer สำหรับก๊าซทิ้งจากโรงถลุงเหล็กสามารถแยก CO ที่มีความบริสุทธิ์ 99.9% ซึ่งจากนั้นจะถูกใช้ในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์เคมีภัณฑ์ เช่น กรดฟอร์มิกและเอทิลีนไกลคอล สร้างสถิติโลกครั้งแรกหลายรายการ ผู้ผลิตเหล็กไม่เพียงแต่มีการปรับปรุงที่สำคัญในประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพผลิตภัณฑ์ แต่ยังบรรลุความก้าวหน้าที่โดดเด่นในการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษ ประโยชน์เหล่านี้มีส่วนสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการปฏิบัติการผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมภายในอุตสาหกรรมเหล็ก ขับเคลื่อนการเปลี่ยนผ่านไปสู่กระบวนการผลิตที่ยั่งยืนมากขึ้น