钢(gang)铁(tie)是(shi)能(neng)源消耗(hao)总(zong)量(liang)高、碳排(pai)放量(liang)大的行业，在严(yan)格的资(zi)源(yuan)和(he)环(huan)保碳排(pai)放政策约束下(xia)，面(mian)临(lin)着巨(ju)大的(de)环(huan)保(bao)压(ya)力和(he)降(jiang)碳压(ya)力(li)。为(wei)降低(di)钢(gang)铁生产(chan)过(guo)程(cheng)中的(de)二氧化碳排(pai)放(fang)，钢(gang)铁企(qi)业(ye)积极开(kai)展氢冶(ye)金(jin)技(ji)术(shu)路(lu)径(jing)研究，希望(wang)通(tong)过(guo)“以氢(qing)代(dai)碳”，实现(xian)绿色低碳(tan)发(fa)展(zhan)。截至(zhi)目前(qian)，钢铁行业针对(dui)氢冶(ye)金研(yan)究初(chu)步(bu)形成(cheng)氢(qing)基(ji)竖炉(lu)直接(jie)还原炼铁技(ji)术(shu)、氢(qing)基(ji)流(liu)化(hua)床(chuang)直接(jie)还(hai)原(yuan)炼铁(tie)技(ji)术(shu)、高炉(lu)富(fu)氢(qing)冶炼(lian)技(ji)术和富氢(qing)熔融还原炼铁技(ji)术(shu)等四大(da)技(ji)术路径(jing)。

  氢冶金(jin)技术(shu)现状

  从国(guo)内(nei)外钢(gang)铁企(qi)业(ye)实(shi)践(jian)来(lai)看(kan)，采(cai)用(yong)氢基竖(shu)炉直接(jie)还(hai)原炼(lian)铁技(ji)术(shu)的(de)项(xiang)目有瑞典HYBRIT项(xiang)目、安赛乐米塔尔(er)纯(chun)氢冶(ye)炼(lian)技(ji)术、德国(guo)蒂森(sen)克(ke)虏伯(bo)氢炼铁技(ji)术(shu)、日本COURSE50项目，以及(ji)我(wo)国(guo)的(de)中(zhong)晋太(tai)行(xing)直(zhi)接还原铁项(xiang)目、中国(guo)宝武湛(zhan)江钢铁(tie)氢基(ji)竖(shu)炉项(xiang)目和河(he)钢(gang)氢(qing)冶(ye)金(jin)项目。采用(yong)氢(qing)基流化(hua)床(chuang)直接(jie)还(hai)原炼铁技(ji)术的(de)有鲁奇(qi)公司Circored流化(hua)床直接还(hai)原项(xiang)目(mu)和我国(guo)的鞍(an)钢(gang)氢(qing)冶金项(xiang)目(mu)，采(cai)用(yong)高炉富氢(qing)冶炼技(ji)术(shu)的有(you)德(de)国(guo)蒂(di)森(sen)克(ke)虏(lu)伯、迪(di)林根(gen)—萨(sa)尔钢(gang)两家(jia)企(qi)业，以(yi)及我国的晋(jin)南(nan)钢铁和中(zhong)国(guo)宝武(wu)宝钢(gang)股份，采用富氢(qing)熔融(rong)还(hai)原炼(lian)铁技术的有(you)建(jian)龙集团(tuan)CISP富(fu)氢(qing)熔融还(hai)原项(xiang)目(mu)。从(cong)以(yi)上国(guo)内外(wai)企(qi)业(ye)的氢(qing)冶金(jin)项目(mu)所采(cai)用的(de)技(ji)术(shu)路(lu)径(jing)进(jin)行分(fen)析，氢(qing)冶金主(zhu)流技术(shu)路(lu)径为高炉富(fu)氢(qing)冶炼(lian)和(he)氢基竖炉(lu)直接(jie)还原(yuan)炼(lian)铁(tie)技(ji)术(shu)，并(bing)且氢(qing)能来源基(ji)本(ben)以(yi)焦炉(lu)煤(mei)气(qi)为主。

  氢(qing)冶(ye)金(jin)技(ji)术(shu)减碳潜力(li)分析

  对行(xing)业内(nei)研究较(jiao)多(duo)的(de)氢(qing)基直接(jie)还(hai)原炼(lian)铁(tie)技(ji)术和(he)高(gao)炉富(fu)氢(qing)冶炼(lian)技术(shu)减碳(tan)潜力进(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。根(gen)据焦炉(lu)煤气(qi)制(zhi)直接(jie)还(hai)原铁(tie)、全(quan)绿电(dian)绿(lv)氢(qing)制直接(jie)还(hai)原铁(tie)和常(chang)规高(gao)炉炼铁(tie)3种(zhong)工艺流(liu)程，分(fen)别选(xuan)择3种工艺流程最(zui)接近(jin)实(shi)际(ji)情(qing)况的能源(yuan)资源(yuan)消(xiao)耗进(jin)行分析(xi)，测算碳(tan)排放(fang)，得到(dao)以(yi)下结(jie)果：“即全绿电绿氢制(zhi)直接(jie)还原铁碳(tan)排(pai)放最(zui)低，比常规高炉炼铁碳(tan)排放低(di)约(yue)78%，即(ji)每吨铁可减(jian)排(pai)1.235吨(dun)二(er)氧化碳(tan)；其次为(wei)焦(jiao)炉(lu)煤气(qi)制直(zhi)接还原(yuan)铁，比(bi)常(chang)规(gui)高炉炼铁碳(tan)排(pai)放低(di)约44%，即每吨(dun)铁(tie)可(ke)减排(pai)0.696吨(dun)二(er)氧化碳(tan)。

  对(dui)于(yu)高(gao)炉(lu)富氢(qing)冶(ye)炼(lian)技(ji)术(shu)，在无(wu)炉顶气循(xun)环利(li)用条件(jian)下(xia)，高炉(lu)通(tong)过(guo)喷吹(chui)富氢(qing)还原气(qi)实现(xian)碳减排(pai)的(de)潜力受(shou)到限(xian)制(zhi)，一(yi)般(ban)认(ren)为高炉(lu)富氢还(hai)原的碳(tan)减排(pai)幅(fu)度能(neng)够(gou)达(da)到10%~20%。中国(guo)宝武开(kai)发(fa)的富氢碳(tan)循环高炉(lu)技(ji)术，通过(guo)富氢(qing)、富(fu)氧(yang)以(yi)及炉(lu)顶煤(mei)气循环(huan)等措(cuo)施，降碳目(mu)标为30%。

  氢冶(ye)金(jin)发展面(mian)临(lin)的挑(tiao)战

  其(qi)一(yi)，高品位(wei)铁矿资(zi)源匮乏(fa)。

  氢(qing)基(ji)直(zhi)接还原(yuan)要求(qiu)铁精粉(fen)品(pin)位(wei)达(da)到68%以(yi)上(shang)，脉(mai)石含量低于4%，而我国铁矿石(shi)是以低品位(wei)磁(ci)铁(tie)矿(kuang)为主，高品位(wei)铁矿资(zi)源(yuan)匮(kui)乏(fa)，难(nan)以支(zhi)撑(cheng)我国(guo)大(da)规(gui)模开展直接还(hai)原(yuan)铁(tie)生产(chan)。

  其(qi)二(er)，氢(qing)能(neng)资源少(shao)、利用(yong)成(cheng)本高(gao)。

  我国制(zhi)氢(qing)规模(mo)虽(sui)然较(jiao)大(da)，但大部(bu)分(fen)均采用化(hua)石(shi)能(neng)源制氢(qing)，用于(yu)生产(chan)合(he)成(cheng)氨、甲醇(chun)等产(chan)品，可(ke)用(yong)于氢(qing)冶金(jin)的(de)氢(qing)能(neng)资源(yuan)较(jiao)少(shao)。钢铁企(qi)业只有(you)配套建设(she)焦(jiao)化(hua)项目或(huo)周(zhou)边地(di)区(qu)有(you)焦化企(qi)业，才(cai)具有(you)发展氢(qing)冶(ye)金的基础。利用绿电(dian)—电解(jie)水(shui)制(zhi)氢(qing)工(gong)艺(yi)，氢气(qi)成(cheng)本(ben)是焦(jiao)炉(lu)煤气制(zhi)氢(qing)和天(tian)然(ran)气制氢(qing)的2倍(bei)~3倍(bei)，用(yong)氢成(cheng)本(ben)较(jiao)高，难以(yi)和(he)高(gao)炉—转炉长流(liu)程在成(cheng)本(ben)上(shang)进行(xing)竞(jing)争。

  其三(san)，技术(shu)研发难(nan)点多(duo)。

  全氢直(zhi)接还原(yuan)炼(lian)铁技术(shu)是(shi)对现(xian)有高炉(lu)—转炉(lu)工(gong)艺的革新(xin)，在技(ji)术研(yan)发上具有较多(duo)关(guan)键问题(ti)需(xu)要(yao)解(jie)决。一是(shi)氢(qing)还原(yuan)为强吸(xi)热反应(ying)，将(jiang)影(ying)响(xiang)到反应器(qi)内温(wen)度(du)场分布(bu)，而(er)反应(ying)温度(du)的变化(hua)将(jiang)影(ying)响氢(qing)气利(li)用(yong)效率。二是依(yi)照(zhao)现有气基竖(shu)炉工(gong)艺或(huo)流化床(chuang)工(gong)艺(yi)，氢还(hai)原(yuan)反应(ying)器(qi)内(nei)热(re)量(liang)均(jun)依(yi)靠高(gao)温(wen)还原(yuan)气(qi)的物(wu)理热带(dai)入，解决热量(liang)不足(zu)问题(ti)将是未来(lai)研(yan)发(fa)重点(dian)。三是(shi)通(tong)过提高还原(yuan)气(qi)温(wen)度(du)和增(zeng)加还(hai)原气流(liu)量来(lai)补(bu)充热(re)量(liang)，将(jiang)影(ying)响到(dao)氢气(qi)在(zai)竖(shu)炉中(zhong)的流(liu)速，进一(yi)步(bu)影(ying)响(xiang)氢(qing)气还(hai)原率及利用(yong)效率，同(tong)时(shi)对气体加热炉(lu)装备、反应器的(de)耐(nai)高(gao)温(wen)、耐(nai)高(gao)压、防泄(xie)漏(lou)、耐(nai)氢(qing)蚀性(xing)等(deng)带来(lai)巨(ju)大挑(tiao)战(zhan)。四(si)是全(quan)氢(qing)还原无渗(shen)碳(tan)条(tiao)件(jian)，不含(han)碳的直接还原(yuan)铁(tie)熔点(dian)高(gao)、极(ji)易(yi)再氧(yang)化、自(zi)燃，难(nan)以(yi)安全(quan)储存(cun)和(he)运输。

  其四，可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)制绿氢与冶金(jin)流(liu)程(cheng)耦(ou)合难度大。

  冶(ye)金(jin)工业(ye)是一种流程(cheng)制造(zao)系统(tong)，生产(chan)基地(di)由多个不(bu)可拆分的(de)化工、冶金反(fan)应器组(zu)成(cheng)，反应(ying)器(qi)内部(bu)高温(wen)、高压，伴有(you)连(lian)续进行(xing)的(de)多(duo)相(xiang)物(wu)质相互转化(hua)的化(hua)学反(fan)应(ying)，对(dui)系(xi)统的(de)可靠性(xing)要(yao)求很高(gao)，必须(xu)长(zhang)期连(lian)续(xu)稳(wen)定(ding)运(yun)行(xing)。而可再生(sheng)能(neng)源(yuan)受制(zhi)于(yu)风或光(guang)等(deng)外部自(zi)然条件变(bian)化(hua)，波动性较(jiao)大(da)，如何通(tong)过(guo)利(li)用(yong)电网、储能、储氢(qing)等多种(zhong)方式(shi)实现(xian)绿(lv)氢(qing)的(de)稳定(ding)供(gong)应，是(shi)氢能(neng)与钢(gang)铁产业(ye)间相(xiang)互(hu)耦合(he)要(yao)解决的(de)难(nan)题(ti)。

  发展建(jian)议

  其(qi)一，氢(qing)冶金(jin)是(shi)钢铁(tie)工(gong)业远(yuan)期(qi)实(shi)现碳中和(he)的重要(yao)路径。国(guo)家和(he)行(xing)业应(ying)加快制订钢铁(tie)行业氢能产业专(zhuan)项规划和氢冶(ye)金(jin)发(fa)展规划，明(ming)确氢冶金(jin)发(fa)展思(si)路、技(ji)术路线(xian)图(tu)及配套鼓励(li)性政(zheng)策(ce)，支持(chi)低(di)碳(tan)冶(ye)金园区(qu)、氢(qing)冶(ye)金示范项目(mu)建设。

  其(qi)二，充分(fen)发挥绿(lv)色(se)低碳(tan)类(lei)投(tou)资(zi)基(ji)金和(he)全球(qiu)低碳(tan)冶金(jin)创新(xin)联(lian)盟作(zuo)用。集(ji)行业(ye)之(zhi)力开展(zhan)氢(qing)冶(ye)金技术的(de)研发与工(gong)程化(hua)示范(fan)，避免(mian)技术研(yan)发的(de)重复(fu)投(tou)入和(he)资(zi)源浪(lang)费(fei)。加(jia)大(da)高(gao)效(xiao)、低成(cheng)本选(xuan)矿(kuang)技(ji)术(shu)研(yan)发力度，突(tu)破(po)发(fa)展(zhan)直(zhi)接(jie)还(hai)原(yuan)炼铁(tie)的原料端(duan)环(huan)节限(xian)制。

  其(qi)三，以(yi)《氢(qing)能(neng)产(chan)业(ye)发展中(zhong)长期(qi)规(gui)划（2021年-2035年(nian)）》为引(yin)领(ling)，加(jia)强(qiang)制(zhi)氢、储运技术(shu)研发(fa)和产(chan)业化，形成(cheng)较(jiao)为(wei)完(wan)备的氢能产(chan)业(ye)技(ji)术(shu)创(chuang)新体(ti)系(xi)、清洁(jie)能源(yuan)制(zhi)氢及(ji)供(gong)应体系(xi)，支撑(cheng)氢(qing)能在冶金行业(ye)的应用(yong)。

  其(qi)四(si)，钢铁企(qi)业开(kai)展(zhan)氢(qing)冶金(jin)示(shi)范(fan)项(xiang)目建设(she)，应(ying)组织(zhi)专(zhuan)业(ye)技(ji)术(shu)人(ren)员深(shen)入(ru)总结国(guo)内外氢冶金(jin)工(gong)程示(shi)范经验(yan)，开展(zhan)相(xiang)关(guan)技(ji)术(shu)装(zhuang)备(bei)调研(yan)、市(shi)场(chang)分(fen)析、技(ji)术经济(ji)性评估、氢(qing)能(neng)资源评估(gu)等(deng)前(qian)期(qi)准(zhun)备工作(zuo)，规避(bi)投(tou)资(zi)风险(xian)和(he)技术风险。