钢铁产业是碳排放大户，随着氢能产业的快速发展与环保政策的日趋严厉，“氢冶金”成为解决钢铁产业节能减排最理想的方案之一。国际上，蒂森克虏伯（thyssenkrupp）已经实现了在高炉中使用氢气、奥瓦科（Ovako）也成功实验氢气作为高温热源加热钢材，各项工艺正陆续开展验证，“氢能炼钢”的时代已经到来。

 

图1 酒蒂森克虏伯氢能炼钢项目正式启动

 

中国粗钢产量的全球占比超过了50%，面临着巨大的减排压力。宝武、河钢、酒钢等钢铁企业同样正在探讨氢能炼钢，在钢铁产业零排放进程中给出“中国方案”，实现中国钢铁产业的转型升级，并且已经取得了阶段性的进展。

 

近日，氢云链了解到，酒钢煤基氢冶金中试基地热负荷试车及部分中试试验正在顺利进行，试验结果喜人。据酒钢中试基地建设项目执行经理雷鹏飞介绍，酒钢煤基氢冶金中试基地分别在5月5日、6月10日进行了第一次、第二次试车工作，均以高炉瓦斯灰为原料。项目团队分别以酒钢自产冶金焦丁和褐煤为还原剂，进行了碳冶金和氢冶金的对比试验，两种工艺的金属化率分别为40%左右和85%以上，体现出氢冶金技术的巨大优势。

 

01、酒钢氢能氢冶金研究院

 

去年9月，酒钢集团公司氢冶金研究院正式揭牌。氢冶金研究院的成立，标志着酒钢进入了同行业氢冶金研究及产业化落地方面的先进行列，目前国内仅有宝武集团、河钢集团等少数钢铁企业公布了“氢能冶金”的实验项目。

 

图2 酒钢集团公司党委书记、董事长陈得信为氢冶金研究院揭牌

 

酒钢氢冶金研究院院长王明华介绍，冶金研究院的成立基于酒钢技术团队在煤基氢冶金及干磨干选研究方面获得的一系列重大科学发现。该团队在重大科学发现基础上创立了“煤基氢冶金理论”“浅度氢冶金磁化焙烧理论”和“磁性物料风磁同步联选理论”，研发出相对应的前沿创新成果。

 

而且在7月中旬，王明华团队在第一次浅度氢冶金磁化焙烧中试试验中，采用独创的“回转窑弥散式燃烧”技术，在回转窑内以“无焰燃烧”方式对铁矿石进行焙烧，局部高温现象得到有效控制，部分焙烧矿在回转窑内部出现局部“挂壁”现象，在回转窑转动过程中自行脱落，未出现传统意义上的“结圈”现象，有效解决了这一世界性难题。

 

02、“氢能冶金”成为钢铁企业新潮流

 

我国钢铁工业二氧化碳排放量约占全国二氧化碳排放量的15%，占全球钢铁行业碳排放量的60%以上！降低二氧化碳排放一直是我国钢铁企业的重大任务。

 

根据《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》，要求在“十三五”期间能源消耗总量和污染物排放总量分别下降10%和15%以上。随着环保要求日渐严格，钢铁企业的减排压力只会越来越大。

 

业内一位专家表示：“除了通过基于氢气的直接还原技术和碳捕获与封存技术实现减排以外，关于减少钢铁生产过程中的二氧化碳排放，当前没有更多的方式。而碳捕获与封存技术属于末端解决方案，并没有从根源上解决问题。”可以认为，“氢气炼钢”是钢铁工业当前已知的最佳减排技术。

 

图3 高炉的氢气运输系统

 

尽管“氢能炼钢”已经开始受到了越来越多的关注，但国内在这方面仍处于起步阶段，国内企业正为钢铁产业绿色发展付出持续的努力。

 

国内的钢铁企业中，目前已有有宝武集团、河钢集团、酒钢集团、清华大学等单位提出了相关的构想，但具体的项目方案仍有待落地。而在国际上，德国、韩国和瑞典等都已经走在了前列。

 

不过目前，除了“氢能炼钢”本身的技术难度之外，氢气的来源也成为一个阻碍。因为炼钢需要大量的高纯度、低成本氢气，但目前氢气成本却一直居高不下。

 

针对氢气来源问题，中核集团则提出了“核能制氢、氢能炼钢”的思路，以水为原料, 以废热为能源，将核反应堆与先进制氢工艺耦合，进行大规模、低成本的氢气制取。

 

03、氢能与钢铁产业的合作是双赢

 

钢铁与氢能有天然联系。钢铁企业即是产氢企业，也是用氢单位。正如鞍钢副总经理王义栋说，钢厂制备氢气的成本非常低；对钢厂来说，不仅可以发展氢能，还可以同时发展低碳冶金技术，降低碳排放。

 

氢能与钢铁产业的合作是双赢的结果：氢能帮助钢铁企业节能减排、延伸业务、完成转型，钢铁企业为氢能提供了更多的落地应用，促进发展。氢能和钢铁是一个互相促进的产业组合。

 

图4 高炉炼钢现场

 

钢铁行业是去产能、调结构、促转型的重点行业，而氢能行业是处于起步阶段的行业，氢能和钢铁的合作形成了互补，有着良好的示范效应，能够吸引更多行业涉足氢能。氢能产业处于发展的早期，不仅需要努力发展技术，也需要向社会提供更多的想象力，才能引来更多的资金和人才，才能更好地促进产业发展。