高爐富氫冶煉(lian)

高爐(lu)富氫冶煉即通過(guo)噴吹天(tian)然氣(qi)、焦爐(lu)煤氣(qi)等富氫氣(qi)體(ti)參與(yu)煉鐵的(de)(de)過(guo)程(cheng)。相關(guan)實驗表(biao)明，該(gai)工藝在一定程(cheng)度上能夠(gou)通過(guo)加快爐(lu)料(liao)還原，減少碳排放。但高爐(lu)富氫冶煉是基于傳統的(de)(de)高爐(lu)，焦炭的(de)(de)骨架作(zuo)用無法被完全替(ti)代，氫氣(qi)噴吹量存在極限值(zhi)，因(yin)此(ci)其碳減排幅度在10%-20%。

氣基直接還原(yuan)

氣基直(zhi)接還原(yuan)(yuan)是指(zhi)使用(yong)氫氣與(yu)一(yi)氧(yang)化(hua)碳混合氣體(ti)作為(wei)(wei)還原(yuan)(yuan)劑，將鐵(tie)礦石轉化(hua)為(wei)(wei)直(zhi)接還原(yuan)(yuan)鐵(tie)，再(zai)將其(qi)投入電爐(lu)進(jin)行(xing)進(jin)一(yi)步冶(ye)煉(lian)。氫氣作為(wei)(wei)還原(yuan)(yuan)劑的加(jia)入使碳排(pai)放(fang)得到了有效控制，相較(jiao)于高爐(lu)富(fu)氫冶(ye)煉(lian)，氣基直(zhi)接還原(yuan)(yuan)工藝(yi)二(er)氧(yang)化(hua)碳排(pai)放(fang)量可減少50%以上，碳減排(pai)潛力極大。

國內外發(fa)展現狀

近(jin)年來，全(quan)球鋼鐵(tie)行業都在積極開展氫冶(ye)金(jin)(jin)實(shi)踐。歐洲、日本(ben)、韓國等國家的鋼鐵(tie)企(qi)業均制(zhi)定了包括氫能(neng)冶(ye)金(jin)(jin)在內(nei)的低碳冶(ye)金(jin)(jin)技術路線(xian)圖，目(mu)前已有(you)部分(fen)氫冶(ye)金(jin)(jin)技術的案例，例如瑞典HYBRIT項(xiang)目(mu)、薩爾茨吉特SALCOS項(xiang)目(mu)、德國蒂森克虜伯項(xiang)目(mu)等。

目(mu)前我(wo)國已(yi)經(jing)研發(fa)出(chu)了比較完整(zheng)的(de)鋼(gang)鐵氫(qing)(qing)冶金系(xi)統。以河北省河鋼(gang)集團(tuan)的(de)120萬噸規模氫(qing)(qing)冶金示(shi)范工程為例。該項(xiang)目(mu)是全球(qiu)首次使(shi)用(yong)焦(jiao)爐煤氣“自(zi)重整(zheng)”方式制(zhi)氫(qing)(qing)，用(yong)獲得的(de)氫(qing)(qing)氣直(zhi)接還原(yuan)含鐵原(yuan)料，生產出(chu)高品質的(de)直(zhi)接還原(yuan)鐵。

值得強調的(de)一點是(shi)，制氫(qing)(qing)(qing)使用的(de)焦爐(lu)(lu)煤氣是(shi)鋼鐵(tie)企業生產(chan)過(guo)程中產(chan)生的(de)副產(chan)，其本身就含有55%至65%的(de)氫(qing)(qing)(qing)氣成(cheng)分，是(shi)非(fei)常合適的(de)可以(yi)直接利用的(de)氫(qing)(qing)(qing)能源，此外焦爐(lu)(lu)煤氣中含量約(yue)15%的(de)甲烷在經歷高溫轉化(hua)后(hou)最終也會變成(cheng)一氧化(hua)碳和(he)氫(qing)(qing)(qing)氣。

該新(xin)式(shi)氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)金與配套的電路煉鋼流(liu)程(cheng)可(ke)以減(jian)少(shao)二氧(yang)化(hua)碳、氮(dan)氧(yang)化(hua)合物(wu)和煙粉塵排放達70%以上。相較同等生(sheng)產規模的傳統(tong)“炭冶(ye)(ye)金”方(fang)式(shi)，“氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)金”技(ji)術每(mei)年可(ke)以減(jian)少(shao)約160萬(wan)噸的二氧(yang)化(hua)碳排放。整個(ge)(ge)氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)金過程(cheng)，既回收(shou)利用了(le)老式(shi)生(sheng)產方(fang)式(shi)產生(sheng)的副(fu)產品廢氣(qi)，也減(jian)少(shao)了(le)整個(ge)(ge)冶(ye)(ye)金過程(cheng)中的污染物(wu)排放，成功實現(xian)了(le)傳統(tong)“碳冶(ye)(ye)金”向新(xin)型“氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)金”的顛覆性綠(lv)色低(di)碳新(xin)轉(zhuan)變。

氫冶金發(fa)展趨勢

全球氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)(ye)金項目研究主要分三(san)步(bu)，2025年(nian)之前，建立中試示范項目驗證大(da)規模氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)(ye)金的可(ke)行(xing)性；到(dao)2030年(nian)，利用副(fu)產氫(qing)(qing)(qing)氣進行(xing)氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)(ye)金工業(ye)化(hua)生產；到(dao)2050年(nian)，實現綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)對灰氫(qing)(qing)(qing)的替代，進行(xing)綠(lv)色(se)經濟的氫(qing)(qing)(qing)冶(ye)(ye)(ye)金工業(ye)化(hua)生產。

從長遠的發(fa)展來(lai)看，氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)與鋼(gang)(gang)鐵產業(ye)(ye)的合作是雙贏的結果。氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)幫助(zhu)鋼(gang)(gang)鐵企業(ye)(ye)節(jie)能(neng)(neng)減(jian)排(pai)、延伸業(ye)(ye)務、完成轉型，鋼(gang)(gang)鐵企業(ye)(ye)為(wei)氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)提供了更(geng)多的落地應用，豐富(fu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)下游產業(ye)(ye)鏈，促進其發(fa)展。雖然目(mu)前由(you)于環境和(he)(he)成本等各種因素，鋼(gang)(gang)鐵工業(ye)(ye)還沒(mei)有實(shi)現“一(yi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)到底”。但隨著碳(tan)達峰、碳(tan)中(zhong)和(he)(he)任務的迫近，鋼(gang)(gang)鐵工業(ye)(ye)逐漸從“減(jian)碳(tan)”過渡到“代碳(tan)”，氫(qing)(qing)(qing)(qing)冶金未來(lai)無限。