近期，氫能在我國(guó)工業(yè)化利用領(lǐng)域邁入了實(shí)質(zhì)性的階段。

在“碳中和成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵：氫能在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用”這篇文章中，我們說在碳中和背景下，氫能在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。

鋼鐵是工業(yè)碳排放大戶，從全球統(tǒng)計(jì)來看，鋼鐵工業(yè)碳排放占全球排放的5%左右，約占工業(yè)領(lǐng)域碳排放的15-20%，僅僅低于化工行業(yè)。鋼鐵行業(yè)不僅碳排放量大而且減排困難，如何解決鋼鐵行業(yè)的碳排放也是各個(gè)國(guó)家面臨的難題。

鋼鐵行業(yè)的減排任務(wù)十分艱巨，冶金技術(shù)的選擇對(duì)降低碳排放至關(guān)重要。爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，意味著未來碳排放量比目前還要降低90%，如果沒有冶金上的技術(shù)革命，鋼鐵行業(yè)大幅削減碳排放將是一句空話。

目前，鋼鐵行業(yè)的碳排放已經(jīng)找到了解決的“金鑰匙”，那就是氫能。近二十年來，世界其他產(chǎn)鋼大國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了一系列“氫能冶金”方面的探索，如瑞典鋼鐵HYBRIT項(xiàng)目、德國(guó)蒂森克虜伯高爐噴氫項(xiàng)目、日本COURSE50技術(shù)、韓國(guó)的全氫高爐等，但都還未進(jìn)入工業(yè)化實(shí)施。

全球首例氫能源開發(fā)和利用工程落戶中國(guó)

全球鋼鐵生產(chǎn)中75%采用高爐工藝，在傳統(tǒng)的“長(zhǎng)流程”生產(chǎn)方式中，都是用焦炭還原鐵礦石，還原過程產(chǎn)生的碳排放占到鋼鐵生產(chǎn)碳排放總量的90%。目前，以氫代碳已經(jīng)成為低碳冶金的新路線。氫冶金的主要矛盾在于氫能的成本，如何找到低成本可用的“氫能”，才是氫能冶金的關(guān)鍵。

按照目前的技術(shù)水平，光伏、風(fēng)電、核電等可再生能源發(fā)電直接用于制氫冶金，則成本太高，其價(jià)格是煤制氫成本的兩倍以上(煤制氫成本約為15-16元/kg，電解水制氫成本達(dá)30元/kg以上)，其中電價(jià)會(huì)占到制氫成本的70%以上，完全無法供應(yīng)8-9億噸鋼鐵的產(chǎn)量。

據(jù)2018年氫能源研究報(bào)告統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工業(yè)副產(chǎn)氫氣約800萬噸以上(合880億立方)，如果能深挖這部分氫能的利用價(jià)值，那么用于氫冶金的資源還是非常豐富的。

近日，經(jīng)過招標(biāo)比選和公示，中冶京誠牽頭成立的“中冶京誠-唐鋼國(guó)際”聯(lián)合體以第一名的成績(jī)被確定為河鋼氫能源開發(fā)和利用工程示范項(xiàng)目工廠設(shè)計(jì)的中標(biāo)單位。

河鋼氫能源開發(fā)和利用工程示范項(xiàng)目是富氫氣體直接還原示范工程，預(yù)計(jì)2020-2021建成。

該項(xiàng)目從分布式綠色能源利用、低成本制氫、氣體凈化、氫氣直接還原、二氧化碳脫除和深加工、水處理等全流程和全過程進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)。這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，用氫能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳能源，將大幅降低制造生產(chǎn)過程中的碳排放問題。

中冶京誠一直致力于低碳冶金的研究，并提出了氫冶金分兩步走：第一步實(shí)現(xiàn)富氫冶金，第二步實(shí)現(xiàn)“全氫”冶金。

2008-2013年，中冶京誠研究重點(diǎn)在如何降低煉鐵過程中消耗的碳，先后完成了非高爐煉鐵、超高富氧制氣爐的試驗(yàn)及新型煤制氣工藝技術(shù)的研究。

2014-2018年，中冶京誠在重新認(rèn)識(shí)富氫氣體和直接還原工藝后，調(diào)整了研究方向，對(duì)新型還原爐冶煉系統(tǒng)及裝備進(jìn)行了研究，對(duì)基于DRI的電爐工藝及裝備進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)，并在海外總包建成了基于全DRI冶煉的電爐煉鋼工程。

2019-2020年，中冶京誠完成了基于干法的煤氣精制技術(shù)研究，并成功的實(shí)現(xiàn)了世界首套裝置，同時(shí)掌握了吸收CO2的工藝技術(shù)，同期聯(lián)手河鋼集團(tuán)、tenova公司、唐鋼國(guó)際一起完成了基于富氫氣體的直接還原鐵工藝技術(shù)的開發(fā)。

至此，中冶京誠已貫通了氫冶金的關(guān)鍵工序。氫能直接還原是中冶京誠技術(shù)戰(zhàn)略布局的一個(gè)環(huán)節(jié)，基于氫冶金的鋼鐵制造短流程研究是這一戰(zhàn)略部局的系統(tǒng)工程。用綠色化短流程替代傳統(tǒng)長(zhǎng)流程，是符合我國(guó)現(xiàn)階段和中長(zhǎng)期社會(huì)體制改革和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律的內(nèi)在要求。

了解更多：河鋼集團(tuán)布局氫能冶金

河鋼氫能源開發(fā)和利用工程示范項(xiàng)目是河鋼集團(tuán)為打造“未來工廠”，踐行高質(zhì)量發(fā)展的示范工程。近年來，河鋼集團(tuán)不斷布局低碳冶金革命的示范工程，率先開啟了富氫氣體直接還原模式。

今年11月23日，河鋼集團(tuán)與全球著名礦業(yè)冶金領(lǐng)域巨頭意大利特諾恩集團(tuán)(tenova)正式簽署協(xié)議。雙方就氫能源開發(fā)和利用達(dá)成合作，并建設(shè)一座年產(chǎn)60萬噸的直接還原廠，并計(jì)劃于2021年底投產(chǎn)。

這座使用富氫氣體直接還原鐵的工廠，應(yīng)用了特諾恩最先進(jìn)和最環(huán)保的ENERGIRON技術(shù)，搭配了設(shè)備和冶金行為預(yù)測(cè)的數(shù)字化模型。ENERGIRON技術(shù)由特諾恩和達(dá)涅利共同開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了極低的二氧化碳排放為目標(biāo)，是目前最可行的高濃度氫基直接還原系統(tǒng)。

特諾恩是世界知名的工業(yè)爐品牌，擁有近百年的歷史，是世界最大的工業(yè)爐制造商之一。特諾恩的工業(yè)爐產(chǎn)品在鋼鐵、有色金屬、機(jī)械、汽車、輕工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。早在上世紀(jì)六十年代，特諾恩的工業(yè)爐設(shè)備就已進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。

當(dāng)直接還原廠建成后，河鋼集團(tuán)的將使用含氫量為70%的補(bǔ)充氣源，使每噸直接還原鐵僅產(chǎn)生250kg的二氧化碳，同時(shí)搭載二氧化碳選擇性回收技術(shù)，每噸鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生的凈排放僅約為125kg二氧化碳，成為全球最綠色的直接還原廠。

當(dāng)前，在氣候問題和減排壓力下，全球鋼鐵行業(yè)正在尋找新技術(shù)來減少其碳排放。在煉鋼全流程工藝中，氫正被用作煤和焦炭的替代品，作為鐵礦石的還原劑。而氫還原煉鐵在鋼業(yè)工業(yè)減碳技術(shù)中，屬于絕對(duì)前沿的領(lǐng)域。

河鋼集團(tuán)是全球規(guī)模最大的鋼鐵企業(yè)之一。也在探尋中國(guó)的鋼鐵工業(yè)也正在向高質(zhì)量、綠色方向發(fā)展之路。

此前在2019年3月21日，河鋼集團(tuán)曾與中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢中心、中國(guó)鋼研、東北大學(xué)四方聯(lián)合共建“氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心”，并由河鋼集團(tuán)主要負(fù)責(zé)氫能應(yīng)用落地，著力建設(shè)制氫、加氫、材料、燃料電池汽車應(yīng)用、富氫冶金等全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉哆\(yùn)行及產(chǎn)業(yè)化基地。

2019年11月26日，河鋼集團(tuán)與意大利特諾恩集團(tuán)簽署諒解備忘錄(MOU)，商定雙方在氫冶金技術(shù)方面開展深入合作，利用世界最先進(jìn)的制氫和氫還原技術(shù)，并聯(lián)手中冶京誠共同研發(fā)、建設(shè)全球首例120萬噸規(guī)模的氫冶金示范工程。

（張學(xué)坤）