کاربرد گاز هیدروژن در فولادسازی | شرکت سپهر گاز کاویان: 02146835980 – 02146837072 – 09022734708 هیدروژن (با نماد شیمیایی H) در شرایط استاندارد، گازی بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه، غیر سمی و بسیار قابل اشتعال است. گاز هیدروژن، سبک‌ترین گاز در جهان بوده و از مولکول‌های دو اتمی با فرمول H2 تشکیل می‌شود. هیدروژن به طور فراوان در سراسر جهان یافت می‌شود، اما به ندرت به صورت آزاد وجود دارد. بیشتر هیدروژن موجود در زمین به صورت ترکیبی با سایر عناصر، مانند آب (H2O) یا هیدروکربن‌ها (مانند متان، CH4) یافت می‌شود.

ویژگی‌های مهم گاز هیدروژن

• سبکی: هیدروژن سبک‌ترین عنصر در جهان است و حدود 14.4 برابر سبک‌تر از هوا است.
• قابلیت اشتعال: هیدروژن به شدت قابل اشتعال است و مخلوط‌های آن با هوا می‌تواند به شدت انفجاری باشد.
• واکنش‌پذیری: هیدروژن با بسیاری از عناصر و ترکیبات دیگر به راحتی واکنش می‌دهد.
• هدایت حرارتی بالا: هیدروژن هدایت حرارتی بالایی دارد، به این معنی که گرما را به سرعت منتقل می‌کند.
• عایق الکتریکی: هیدروژن در حالت خالص عایق الکتریکی است.

خواص فیزیکی و شیمیایی هیدروژن

ویژگی	مقدار
نام شیمیایی	هیدروژن
نماد شیمیایی	H
عدد اتمی	1
جرم اتمی	1.0079 u
حالت فیزیکی در شرایط STP	گاز
رنگ	بی‌رنگ
بو	بی‌بو
مزه	بی‌مزه
چگالی	0.070 kg/m³
نقطه ذوب	-259.16 °C
نقطه جوش	-252.87 °C
حلالیت در آب	کم محلول
الکترونگاتیوی	2.2
پتانسیل یونیزاسیون اول	13.598 eV
پتانسیل یونیزاسیون دوم	21.67 eV
شعاع اتمی	53 pm
شعاع کووالانسی	76 pm
حالات اکسیداسیون	1+

کاربرد گاز هیدروژن در فولادسازی

هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی پاک و بدون کربن، نقشی کلیدی در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و حرکت به سمت تولید فولاد سبز ایفا می‌کند. در ادامه به برخی از کاربردهای گاز هیدروژن در فولادسازی اشاره می‌کنیم:

1. احیای مستقیم: در روش‌های سنتی احیای مستقیم، از گاز طبیعی یا زغال‌سنگ به عنوان عامل احیاکننده برای تبدیل سنگ آهن به آهن اسفنجی استفاده می‌شود. این فرآیند با تولید آلاینده‌هایی مانند دی‌اکسید کربن همراه است. اما با جایگزینی هیدروژن به جای گاز طبیعی یا زغال‌سنگ، می‌توان فولاد را بدون انتشار کربن دی اکسید تولید کرد. در این روش، هیدروژن با اکسیژن موجود در سنگ آهن واکنش داده و بخار آب تولید می‌کند.

2. به عنوان عامل آلیاژ: هیدروژن می‌تواند به عنوان یک عامل آلیاژ به فولاد اضافه شود تا خواص مکانیکی آن را بهبود بخشد. این امر منجر به تولید فولادی با استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت به خوردگی می شود.

3. به عنوان گاز حامل: از هیدروژن می‌توان به عنوان گاز حامل در فرآیندهای مختلف فولادسازی مانند تزریق ثانویه و عملیات آنیلینگ استفاده کرد.

مزایای استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی

• کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه‌ای: هیدروژن یک سوخت پاک و بدون کربن است که می‌تواند به طور قابل توجهی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از صنعت فولاد کمک کند.
• تولید فولاد سبز: با استفاده از هیدروژن می‌توان فولاد را بدون انتشار آلاینده و به طور “سبز” تولید کرد.
• بهبود کیفیت فولاد: استفاده از هیدروژن می‌تواند منجر به تولید فولادی با کیفیت بالاتر با خواص مکانیکی بهبود یافته شود.
• ایجاد تنوع در منابع انرژی: استفاده از هیدروژن وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد
• کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی: صنعت فولاد به شدت به سوخت‌های فسیلی مانند گاز طبیعی و زغال‌سنگ وابسته است. استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی می‌تواند به کاهش این وابستگی و ایجاد تنوع در منابع انرژی برای صنعت فولاد کمک ‌کند.
• افزایش کارایی: استفاده از هیدروژن می‌تواند به طور قابل توجهی راندمان فرآیندهای فولادسازی را افزایش دهد و به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و منابع کمک کند.
• پایداری بیشتر: هیدروژن می‌تواند از منابع مختلف تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی تولید شود و به این ترتیب به افزایش پایداری صنعت فولاد کمک می‌کند.

چالش‌های استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی

1. هزینه بالا: تولید هیدروژن، به خصوص هیدروژن سبز، در حال حاضر گران‌تر از سوخت‌های فسیلی است.
2. زیرساخت: استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی به زیرساخت‌های جدید برای تولید، ذخیره و توزیع هیدروژن مانند مخازن ذخیره‌سازی و خطوط لوله نیاز دارد.
3. ایمنی: هیدروژن یک گاز قابل اشتعال است و باید با احتیاط حمل و نقل و ذخیره شود.
4. فناوری: برخی از فناوری های مورد نیاز برای استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی هنوز در حال توسعه هستند.

با وجود این چالش‌ها، استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی به عنوان راه حلی جذاب برای کاهش انتشار کربن و تولید فولاد “سبز” در نظر گرفته می‌شود. کشورهای مختلف و شرکت‌های فولادی در حال سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه برای غلبه بر این چالش‌ها و تجاری‌سازی فناوری‌های مبتنی بر هیدروژن در این صنعت هستند.

مزایای استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی

• کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای: هیدروژن در مقایسه با سوخت‌های فسیلی، هنگام احتراق، CO2 تولید نمی‌کند و به این ترتیب به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های هوا کمک می‌کند.
• بهبود کیفیت فولاد: هیدروژن به دلیل قدرت احیای بالا، می‌تواند به تولید فولاد با کیفیت بالاتر با ناخالصی کمتر و خواص مکانیکی بهتر کمک کند.

وضعیت فعلی گاز هیدروژن در فولادسازی

در حال حاضر، استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی در مراحل اولیه قرار دارد. با این حال، سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی در حال انجام است تا این فناوری را توسعه داده و تجاری‌سازی  کنند.

انواع هیدروژن در فولادسازی

در فولادسازی، از دو نوع اصلی گاز هیدروژن استفاده می‌شود:

1. هیدروژن خالص: هیدروژن خالص را می‌توان از طریق الکترولیز آب، اصلاح بخار متان یا فرآیندهای دیگر تولید کرد.

• این نوع هیدروژن دارای کمترین ناخالصی و خلوص 99.99% یا بیشتر است و به طور مستقیم در فرآیندهای فولادسازی مانند احیای مستقیم سنگ آهن (DRI) و ذوب قوس الکتریکی (EAF) استفاده می‌شود.
• هیدروژن خالص به دلیل قدرت احیای بالا، به طور موثری اکسیژن را از سنگ آهن جدا می‌کند و به تولید فولاد با کیفیت بالا کمک می‌کند.
• همچنین، استفاده از هیدروژن خالص، انتشار گازهای گلخانه‌ای را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد، زیرا برخلاف روش‌های سنتی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی، هیچ CO2 تولید نمی‌کند.

این نوع هیدروژن در کاربردهای مختلفی از جمله موارد زیر به کاز می روند:

– احیای مستقیم سنگ آهن (DRI) برای تولید آهن اسفنجی

– فولادسازی بدون کوره (BF) برای تولید فولاد مذاب

– پالایش فولاد برای حذف ناخالصی ها

2. گاز سنتز (Syngas): مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن است که از گاز طبیعی یا زغال سنگ از طریق فرآیند گازسازی تولید می‌شود.

• این گاز مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن (CO) است که از طریق فرآیند گازسازی از منابع مختلف مانند زغال سنگ، گاز طبیعی و زیست توده تولید می‌شود.
• از گاز سنتز به عنوان سوخت در کوره‌های فولادسازی و همچنین به عنوان ماده اولیه در فرآیندهای مختلف تولید فولاد مانند احیای مستقیم سنگ آهن (DRI) استفاده می‌شود.
• استفاده از گاز سنتز به تنهایی یا در ترکیب با هیدروژن خالص، می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود کیفیت فولاد تولیدی کمک کند.

گاز سنتز نسبت به هیدروژن خالص ارزان‌تر است، اما می‌تواند باعث ایجاد آلاینده‌هایی مانند NOx و SOx در هنگام احتراق شود.

علاوه بر این دو نوع اصلی، از گازهای دیگری نیز به مقدار کم در فولادسازی استفاده می‌شود:

3. هیدروژن اتمی: این نوع هیدروژن که از طریق فرآیند تجزیه الکترولیتی آب تولید می‌شود، به طور مستقیم در فرآیندهای فولادسازی استفاده نمی‌شود، اما به عنوان ماده اولیه برای تولید هیدروژن خالص به کار می‌رود.

4. گاز طبیعی: گاز طبیعی که عمدتاً از متان (CH4) تشکیل شده است، می‌تواند به عنوان منبع اولیه برای تولید هیدروژن و گاز سنتز باشد. انتخاب نوع گاز هیدروژن مورد استفاده در فولادسازی به عوامل مختلفی مانند نوع فرآیند، کیفیت مواد اولیه، مسائل اقتصادی و زیست‌محیطی بستگی دارد.

آینده هیدروژن در فولادسازی

با توجه به مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی بالقوه، هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی جذاب برای صنعت فولاد در نظر گرفته می‌شود. با پیشرفت فناوری‌ها و کاهش هزینه‌های تولید، انتظار می‌رود که استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی در سال‌های آینده افزایش یابد.

علاوه بر موارد فوق، تحقیقات در حال انجام برای توسعه روش‌های جدید تولید هیدروژن و استفاده از گاز هیدروژن در فولادسازی است. به عنوان مثال، برخی از شرکت‌ها در حال بررسی استفاده از هیدروژن برای تولید برق در نیروگاه‌های فولاد هستند که می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و وابستگی به سوخت‌های فسیلی کمک کند. در نهایت، نقش گاز هیدروژن در فولادسازی در آینده به عوامل مختلفی از جمله پیشرفت‌های فناوری، هزینه‌ها، سیاست‌های دولتی و نگرانی‌های زیست‌محیطی بستگی دارد.

تهیه و تامین

گاز هیدروژن در شرکت سپهرگاز کاویان – دارنده گواهینامه ISO17025، آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد، مجهز به آزمایشگاه کالیبراسیون و آزمایشگاه آزمون – مطابق جدول زیر به فروش می رسد:

گاز	خلوص (گرید)	حجم (Lit )	فشار (bar)
گاز هیدروژن	99.999 mol%	5 Lit	70 bar
گاز هیدروژن	99.999 mol%	10 Lit	70 bar
گاز هیدروژن	99.999 mol%	50 Lit	140-150 bar
گاز هیدروژن خلوص بالا	99.999 mol%	50 Lit	140-150 bar
گاز هیدروژن ازمایشگاهی	99.9995 mol%	50 Lit	140-150 bar
گاز هیدروژن وارداتی	99.9999 mol%	50 Lit	140-150 bar

جهت استعلام قیمت و خرید گاز هیدروژن و سایر گازهای خالص و ترکیبی، با کارشناسان سپهر گاز کاویان تماس بگیرید.