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12月23日，中國(guó)寶武鋼鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司建設(shè)的國(guó)內(nèi)首套百萬(wàn)噸級(jí)氫基豎爐項(xiàng)目在廣東湛江成功點(diǎn)火投產(chǎn)。
此項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)最大的采用多氣源并最終實(shí)現(xiàn)全氫工業(yè)化生產(chǎn)直接還原鐵的豎爐。項(xiàng)目的成功投產(chǎn)標(biāo)志著我國(guó)鋼鐵行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型邁出了標(biāo)志性的一步，將引領(lǐng)傳統(tǒng)鋼鐵冶金工藝變革。
與傳統(tǒng)的碳冶金技術(shù)相比，氫冶金能夠使鋼鐵生產(chǎn)擺脫對(duì)化石能源的依賴(lài)，減少碳排放，同時(shí)也改變了冶金的生產(chǎn)流程。
傳統(tǒng)的高爐煉鐵是鐵礦石與焦炭進(jìn)行反應(yīng)，將鐵礦石中的氧化鐵還原成單質(zhì)鐵，企業(yè)普遍使用“高爐+轉(zhuǎn)爐”的冶煉工藝，這種模式被稱(chēng)為長(zhǎng)流程煉鋼。
而氫冶金是氫與鐵礦石反應(yīng)，置換出鐵礦石中的氧，所生產(chǎn)的直接還原鐵（DRI）產(chǎn)品省略了高爐等流程，直接轉(zhuǎn)入電爐，減少工藝流程環(huán)節(jié)，降低復(fù)雜度。
張宣科技技術(shù)中心副主任李洋介紹稱(chēng)，“傳統(tǒng)的冶煉工藝，以含碳量高的煤和焦炭作為燃料，每生產(chǎn)一噸鋼，約排放2噸二氧化碳，其中有1.6噸至1.7噸在高爐環(huán)節(jié)產(chǎn)生。而氫冶金使用的焦?fàn)t煤氣，本身含有55%至65%的氫氣，可直接利用，還有15%的甲烷可分解為氫氣和一氧化碳，最終，還原氣體中的氫碳比達(dá)到8∶1以上。”
氫冶金短流程是理想的低碳冶金路徑之一，是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)信息顯示，鋼鐵行業(yè)目前每年的二氧化碳排放量約為18億噸，如果使用氫作為環(huán)氧基，每年可減少碳排放約2億噸。氫冶金將鋼鐵、化工和氫能等領(lǐng)域結(jié)合，通過(guò)全新的技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)。
8月25日，國(guó)家工信部、發(fā)改委、財(cái)政部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、商務(wù)部和海關(guān)總署七部委聯(lián)合印發(fā)《鋼鐵行業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)工作方案》。方案中提到，加快推進(jìn)綠色低碳改造。加大對(duì)氫冶金、低碳冶金等低碳共性技術(shù)中試驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)的支持力度，對(duì)符合條件的低碳前沿技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目研究給予產(chǎn)能置換政策支持。
網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)信息顯示，2023年，我國(guó)的氫冶金項(xiàng)目不斷發(fā)展，總投資已超過(guò)500億。項(xiàng)目涉及高爐富氫冶煉技術(shù)、氫氣豎爐直接還原技術(shù)、氫基熔融還原煉鐵技術(shù)三個(gè)方向。
2023年鋼鐵企業(yè)氫冶金領(lǐng)域布局：
鋼鐵行業(yè)作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場(chǎng)，僅依靠傳統(tǒng)冶煉工藝難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模降碳，因此需要尋找新的技術(shù)路徑，采用綠色能源進(jìn)行冶煉。
隨著示范工程不斷推進(jìn)，氫冶金技術(shù)得到了進(jìn)一步推廣，但氫冶金的大范圍應(yīng)用仍受制于經(jīng)濟(jì)性低、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題。
經(jīng)濟(jì)性方面，現(xiàn)階段的氫冶金工藝成本高于傳統(tǒng)冶金工藝，其中包括氫氣的制儲(chǔ)運(yùn)成本和碳排放成本，隨著用氫成本的降低，氫冶金的成本優(yōu)勢(shì)將會(huì)顯現(xiàn)。
技術(shù)經(jīng)驗(yàn)方面，氫冶金仍有以下技術(shù)難點(diǎn)等待解決：
1.氫還原吸熱導(dǎo)致反應(yīng)溫度控制困難、熱量不足
2.還原氣體需加熱，影響氫氣流速和還原效率
3.全氫還原無(wú)滲碳條件，直接還原鐵熔點(diǎn)高、極易再氧化、自燃，難以安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
在未來(lái)的發(fā)展中，鋼鐵行業(yè)若想實(shí)現(xiàn)低碳甚至“零碳”排放，能源結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新以及氫能的應(yīng)用都將是關(guān)鍵的路徑。
特別是氫冶金技術(shù)的發(fā)展，將為傳統(tǒng)的鋼鐵冶金技術(shù)帶來(lái)革命性的變革，為環(huán)保事業(yè)做出重大貢獻(xiàn)。
自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)（NRDC）發(fā)布的《面向碳中和的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略研究》報(bào)告中，提出了從現(xiàn)階段到2060年，我國(guó)氫冶金發(fā)展的四步走戰(zhàn)略，對(duì)氫冶金的未來(lái)發(fā)展做出規(guī)劃：
一是到2030年，噸鋼碳排放強(qiáng)度較2020年下降15%。集中攻關(guān)高爐富氫冶煉技術(shù)和純氫基直接還原技術(shù)，以及相應(yīng)的軟硬件。開(kāi)展高爐富氫冶煉技術(shù)的示范項(xiàng)目，有條件的鋼鐵企業(yè)應(yīng)率先開(kāi)展高爐噴氫改造，爭(zhēng)取富氫高爐產(chǎn)能占比達(dá)到15%。
二是2030-2040年，噸鋼碳排放強(qiáng)度較2020年下降55%。在此期間，鋼鐵行業(yè)應(yīng)集中攻關(guān)純氫基直接還原技術(shù)及氫基直接還原裝備的國(guó)產(chǎn)化、大型化。純氫直接還原技術(shù)取得突破性成果，開(kāi)展純氫直接還原技術(shù)示范項(xiàng)目。國(guó)家氫能產(chǎn)業(yè)體系初步形成，氫源供應(yīng)增長(zhǎng)，成本下降，富氫高爐產(chǎn)能占比超過(guò)60%，力爭(zhēng)綠氫用量占比達(dá)到30%以上。
三是2040-2050年，噸鋼碳排放強(qiáng)度較2020年下降85%。大力推廣純氫基直接還原技術(shù)，加快 “高爐-轉(zhuǎn)爐”長(zhǎng)流程制鋼向“純氫基還原+電爐”短流程制鋼轉(zhuǎn)型，“氫基還原+電爐”短流程制鋼產(chǎn)能占比達(dá)到25%。綠氫供應(yīng)量占鋼鐵產(chǎn)業(yè)需氫總量達(dá)到85%。鋼鐵企業(yè)與綠電、綠氫供應(yīng)商緊密結(jié)合，共建產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，耦合發(fā)展。
四是2050-2060年，噸鋼碳排放強(qiáng)度較2020年下降95%。進(jìn)一步提升純氫基直接還原+綠電電爐短流程鋼產(chǎn)量占比，“純氫基直接還原+綠電電爐”短流程鋼產(chǎn)量占比達(dá)到35%。至2060年，鋼鐵行業(yè)年碳排放量降低至約1億噸，需進(jìn)一步借助CCUS和碳匯實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。
氫冶金能助力鋼鐵行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，同時(shí)鋼鐵企業(yè)也豐富了氫能下游產(chǎn)業(yè)鏈，為氫能提供更廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，二者將會(huì)形成互利共贏的發(fā)展局面。
資料參考：中國(guó)工業(yè)報(bào)
作者：安熠
