فناوری گرمایش الکتریکی مستقیم Prothal DH؛ تحول پایدار در فرآیند احیا مستقیم

به گزارش می‌متالز، یکی از مهم‌ترین مسیر‌های کاهش کربن در صنعت فولاد، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی الکتریکی و همچنین استفاده از هیدروژن سبز در فرآیند احیای مستقیم آهن برای تولید DRI است. در این راستا، فناوری گرمایش الکتریکی مستقیم با نام تجاری Prothal DH که حاصل همکاری استراتژیک میان شرکت Kanthal و شرکت مهندسی Danieli است، به‌ عنوان یکی از نوآوری‌های مهم در مسیر تحول صنعت فولاد و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای ارائه شده است. این فناوری یک سامانه گرمایش الکتریکی مستقیم برای گاز‌های فرآیندی با دمای بالاست که می‌تواند نقش کلیدی در فرآیند تولید DRI ایفا کند. این فناوری با هدف جایگزینی روش‌های سنتی گرمایش گاز‌های فرآیندی در واحد‌های احیای مستقیم آهن توسعه یافته و می‌تواند نقش کلیدی در تولید فولاد سبز ایفا کند. به‌ عنوان نمونه، در یک واحد تولید DRI در خاورمیانه که در آن از گاز طبیعی برای احیای سنگ‌آهن استفاده می‌کند، نصب سامانه Prothal DH می‌تواند جایگزین مشعل‌های گازی شود و گاز طبیعی را با راندمان بالاتر و بدون احتراق گرم کند. این امر باعث کاهش مصرف سوخت و افزایش کنترل دما در کوره شافتی می‌شود. در یک آزمایش صنعتی، گاز هیدروژن با دبی ۵۰۰۰ نرمال مترمکعب بر ساعت از میان المنت‌های گرمایشی Kanthal عبور داده شد و دمای آن از ۲۵ درجه به ۹۵۰ درجه سانتی‌گراد رسید. این گرمایش در کمتر از ۳۰ ثانیه انجام شد و نشان‌دهنده پاسخ سریع سامانه به نیاز‌های عملیاتی بود.

فناوری Prothal DH به‌ عنوان یک سامانه گرمایش الکتریکی مستقیم برای گاز‌های فرآیندی با دمای بالا طراحی شده است. این سامانه قادر است گاز‌هایی مانند هیدروژن یا گاز طبیعی را تا دما‌های مورد‌نیاز در فرآیند احیای مستقیم گرم کند، بدون آنکه از مشعل‌های احتراقی یا سوخت‌های فسیلی استفاده شود. در این فناوری، گاز فرآیندی از میان المنت‌های گرمایشی مقاومتی خاصی عبور داده می‌شود که از آلیاژ‌های مخصوص Kanthal ساخته شده‌اند. این المنت‌ها با عبور جریان الکتریکی، گرمای موردنیاز را تولید و به‌صورت مستقیم به گاز منتقل می‌کنند. این روش نه‌تنها باعث افزایش راندمان انتقال حرارت می‌شود، بلکه پیچیدگی‌های مکانیکی و خطرات ناشی از احتراق را نیز کاهش می‌دهد. از نظر فنی، تکنولوژی Prothal DH توانایی کار در دما‌هایی بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد را دارد و می‌تواند در مقیاس‌های صنعتی تا صد‌ها مگاوات توسعه یابد. این سامانه با گاز‌های مختلف از جمله هیدروژن، گاز طبیعی و ترکیبات آنها سازگار است و قابلیت نصب در خطوط موجود را نیز داراست. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که Prothal DH نه‌تنها برای واحد‌های جدید، بلکه برای نوسازی و ارتقاء واحد‌های تولید DRI فعلی نیز مناسب باشد.

همکاری میان Kanthal و Danieli در سال ۲۰۲۴ آغاز شد و هدف آن توسعه و صنعتی‌سازی این فناوری تا سال ۲۰۲۷ است. نخستین مرحله اجرای این فناوری در مقیاس پایلوت در کارخانه Emsteel در ابوظبی انجام خواهد شد و پس از آن در واحد‌های تولید DRI مبتنی بر فناوری Energiron به کار گرفته می‌شود. واحد Energiron در کارخانه Emsteel در ابوظبی، به‌ عنوان نخستین پایلوت جهانی برای استفاده از این فناوری انتخاب شده است. در این واحد، گاز هیدروژن سبز تولیدشده از الکترولیز خورشیدی، با استفاده از این سامانه گرم شده و به راکتور تولید DRI تزریق می‌شود. فناوری Energiron که توسط شرکت‌های مطرح Danieli و Tenova توسعه یافته، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های احیای مستقیم آهن است که قابلیت استفاده از ۱۰۰ درصد هیدروژن را دارد. با نصب Prothal DH در واحد‌های احیا مستقیم با فناوری Energiron، امکان تولید فولاد سبز بدون انتشار دی‌اکسیدکربن فراهم می‌شود. این ترکیب، مسیر صنعتی‌سازی فولاد بدون کربن را هموار می‌سازد و می‌تواند به‌ عنوان الگوی جهانی در تحول پایدار صنعت فولاد مطرح شود. از منظر زیست‌محیطی، Prothal DH مزایای قابل‌توجهی دارد. در واحد‌های تولید DRI مبتنی بر گاز طبیعی، استفاده از این فناوری می‌تواند انتشار دی‌اکسیدکربن را تا بیش از ۳۰ درصد کاهش دهد. در صورت استفاده از هیدروژن سبز، این کاهش به صفر می‌رسد و فرآیند تولید آهن کاملاً بدون کربن خواهد بود. همچنین، حذف احتراق مستقیم باعث کاهش آلاینده‌های NOx و SOx می‌شود و ایمنی عملیاتی را نیز افزایش می‌دهد.

از نظر اقتصادی، Prothal DH با کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات، افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش تلفات حرارتی، می‌تواند بازگشت سرمایه مناسبی را برای واحد‌های صنعتی فراهم کند. کنترل دقیق دما، پاسخ سریع به تغییرات فرآیندی و حذف قطعات متحرک از دیگر مزایای این سامانه است. با وجود مزایای فراوان، پیاده‌سازی فناوری Prothal DH با چالش‌هایی نیز همراه است. نیاز به زیرساخت‌های برق با ظرفیت بالا، هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، نیاز به مواد مقاوم در برابر دمای بالا و خوردگی، و تطبیق با شرایط عملیاتی متنوع از جمله این چالش‌ها هستند. برای غلبه بر این چالش‌ها، راهکار‌هایی مانند استفاده از شبکه‌های برق تجدیدپذیر، بهره‌گیری از اقتصاد چندوجهی، توسعه آلیاژ‌های پیشرفته Kanthal و اجرای پروژه‌های پایلوت در مقیاس صنعتی در نظر گرفته شده‌اند. با توجه به روند جهانی در جهت کربن‌زدایی، آینده فناوری Prothal DH روشن است. پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۳۰، بخش قابل‌توجهی از واحد‌های تولید DRI به سامانه‌های گرمایش الکتریکی مجهز شوند. همچنین، این فناوری می‌تواند در سایر صنایع با نیاز به گرمایش گاز‌های فرآیندی مانند پتروشیمی، سرامیک، شیشه و تولید مواد پیشرفته نیز کاربرد داشته باشد. از منظر سیاست‌گذاری، دولت‌ها و نهاد‌های بین‌المللی می‌توانند با ارائه مشوق‌های مالی، تعرفه‌های ترجیحی برق سبز و حمایت از پروژه‌های پایلوت، مسیر توسعه و تجاری‌سازی این فناوری را تسهیل کنند. در نهایت، فناوری Prothal DH یک نوآوری مهم در مسیر تولید فولاد سبز است. همکاری شرکت‌های نوآور و پیشرو Kanthal و Danieli نشان‌دهنده تعهد صنعت فولاد به کاهش انتشار کربن و حرکت به‌سوی فرآیند‌های پایدارتر است. با توسعه این فناوری و ادغام آن در واحد‌های تولید DRI، می‌توان گام‌های مؤثری در جهت تحقق اهداف اقلیمی جهانی برداشت. این فناوری نه‌تنها از نظر زیست‌محیطی بلکه از نظر اقتصادی و فنی نیز مزایای قابل‌توجهی دارد و می‌تواند به‌ عنوان یک استاندارد جدید در صنعت فولاد مطرح شود.

منبع: فولاد مبارکه اصفهان