8月4日，河鋼集團張宣高科科技有限公司特材研究制造產(chǎn)線(xiàn)上，鍛壓機對鍛件進(jìn)行錘打。河北日報客戶(hù)端記者魏雨攝
近兩個(gè)月來(lái)，河鋼集團張宣高科科技有限公司的氫冶金示范項目迎來(lái)一批批參觀(guān)者。
該示范工程一期于去年12月全線(xiàn)貫通，這是全球首例采用“焦爐煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金示范工程。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行，今年5月，項目正式實(shí)現安全連續生產(chǎn)。
何為氫冶金？它與傳統煉鐵工藝有何不同？從“碳冶金”到“氫冶金”，意味著(zhù)怎樣的轉變？它對鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展有著(zhù)怎樣啟示？帶著(zhù)這些問(wèn)題，記者深入氫冶金項目一線(xiàn)進(jìn)行實(shí)地采訪(fǎng)。
河鋼集團張宣高科科技有限公司氫冶金項目的關(guān)鍵裝置——氫基豎爐。圖片攝于8月3日。河北日報客戶(hù)端記者魏雨攝
二氧化碳減排70%以上
8月3日下午，位于張家口市宣化區的河鋼集團張宣高科科技有限公司氫冶金項目現場(chǎng)，一座118米高的氫基豎爐巍然聳立，豎爐周?chē)負碇?zhù)水處理、加熱爐、二氧化碳脫除等裝置，高低錯落的通廊、密集架設的管道將各個(gè)裝置連接，整套設備平穩運行。
2022年12月，張宣科技120萬(wàn)噸氫冶金示范工程一期全線(xiàn)貫通，這是全球首例采用“焦爐煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)的氫冶金示范工程。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行，今年5月，項目正式實(shí)現安全、連續、順利生產(chǎn)。
置身現場(chǎng)，氫冶金與傳統煉鐵工藝在觀(guān)感上差別很大。傳統高爐被氫基豎爐取代，一個(gè)個(gè)銀白色的反應罐，密布的管道和閥門(mén)、儀表，也是傳統高爐煉鐵所沒(méi)有的，這里更像一座化工廠(chǎng)。
“這些反應罐和管道內流通的是焦爐煤氣，焦爐煤氣經(jīng)過(guò)深度凈化、脫除雜質(zhì)，加壓進(jìn)入氫基豎爐內，之后該氣體的主要成分氫將與鐵礦石進(jìn)一步發(fā)生反應?！睆埿萍細湟苯鹱鳂I(yè)區作業(yè)長(cháng)呂志敏一邊說(shuō)，一邊手指管線(xiàn)描述大致流程。
采用氫氣作為還原劑和過(guò)程燃料，是氫冶金與傳統高爐煉鐵本質(zhì)的不同?！案郀t煉鐵是鐵礦石和焦炭反應，將鐵礦石中的氧化鐵還原成單質(zhì)鐵，變成鐵水。而氫冶金是氫與鐵礦石反應，置換出鐵礦石中的氧，整個(gè)過(guò)程是氣體與固體的反應?！眳沃久魧煞N工藝進(jìn)行對比。
與傳統工藝比，氫冶金在實(shí)現傳統化石能源替代的同時(shí)，也改變了整個(gè)冶金的生產(chǎn)流程。
當前，鋼鐵企業(yè)普遍的冶煉工藝是“高爐+轉爐”的模式，在高爐冶煉出鐵水，再經(jīng)轉爐熔煉成鋼，這種模式被稱(chēng)為長(cháng)流程煉鋼。氫冶金技術(shù)省去高爐等流程，所產(chǎn)出的DRI（直接還原鐵）產(chǎn)品直接轉入電爐，工藝流程環(huán)節減少，復雜度也大大降低。
河鋼集團張宣高科科技有限公司氫冶金項目生產(chǎn)的DRI（直接還原鐵）產(chǎn)品。圖片攝于8月4日。河北日報客戶(hù)端記者魏雨攝
能源的轉換，加上冶煉流程的縮短，氫冶金帶來(lái)最直接的改變是碳排放量的變化。對此，全程參與氫冶金項目的張宣科技技術(shù)中心副主任李洋感受頗深。
“傳統的冶煉工藝，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)節產(chǎn)生。而氫冶金使用的焦爐煤氣，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到8∶1以上?！弊鳛橐幻撹F行業(yè)的老兵，李洋經(jīng)歷過(guò)高爐煉鐵的鼎盛時(shí)代，他直言氫冶金是鋼鐵冶煉的重大技術(shù)革新。
一組數據可以說(shuō)明氫冶金的減排效果。據測算，與同等生產(chǎn)規模的“高爐+轉爐”長(cháng)流程工藝相比，氫冶金示范工程一期每年可減少二氧化碳排放80萬(wàn)噸，減排比例達到70%以上，同時(shí)二氧化硫、氮氧化合物、煙粉塵排放分別減少30%、70%和80%以上。
為了將減排效果做到極致，該氫冶金項目在規劃時(shí)，還配套了二氧化碳捕集和精制系統。
在項目現場(chǎng)焦爐煤氣壓縮機東側區域，呂志敏告訴筆者，二氧化碳精制過(guò)程在這里完成?！拔覀儠?huì )將氫冶金過(guò)程中產(chǎn)生的部分二氧化碳捕集，進(jìn)而脫水、加壓，精制成工業(yè)級液體二氧化碳和食品級液體二氧化碳，預計生產(chǎn)一噸DRI產(chǎn)品可捕集二氧化碳約125千克，項目可年產(chǎn)二氧化碳副產(chǎn)品約6萬(wàn)噸?！?/div>
當天17時(shí)，呂志敏趕回氫冶金項目辦公樓，循例參加項目部的會(huì )議。會(huì )議議題是對整個(gè)工藝流程進(jìn)行再梳理、再優(yōu)化，發(fā)現減碳潛力，探索當前工藝下的降碳極限。呂志敏表示，自5月以來(lái)，這樣的會(huì )議至少是一天一開(kāi)，目的是努力打造行業(yè)首條“零碳”示范產(chǎn)線(xiàn)。
在氫冶金項目辦公樓大廳內，展示著(zhù)一封5月31日中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )發(fā)來(lái)的賀信。賀信中說(shuō)，氫冶金項目一期工程的成功，是由傳統“碳冶金”向新型“氫冶金”轉變的重要里程碑，引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)邁入“以氫代煤”冶煉“綠鋼”的時(shí)代。
低碳“綠鋼”走向世界名企
8月4日，張宣科技特材研究制造產(chǎn)線(xiàn)上，一塊燒得通體發(fā)紅的鍛件被機器從高溫爐內取出，送至鍛壓機下，在工人們的輔助下，鍛壓機開(kāi)始對鍛件進(jìn)行錘打，發(fā)出震耳欲聾的聲響。
這是一種用于制作高端模具的綠色鋼材，它配加的主要原料是氫冶金項目生產(chǎn)的DRI產(chǎn)品。
模具被稱(chēng)為工業(yè)之母，是制造業(yè)不可或缺的生產(chǎn)工具。模具對構型和尺寸精度要求極高，因此模具鋼要求鋼的品質(zhì)要足夠高、足夠純凈，否則極易引起磨損、裂紋，甚至破型。
DRI產(chǎn)品正好能滿(mǎn)足這一點(diǎn)。據測算，張宣科技DRI產(chǎn)品金屬化率達94%，純度高、品質(zhì)好，可作為生產(chǎn)高端產(chǎn)品的高品質(zhì)潔凈原料。
“通過(guò)配加DRI產(chǎn)品，我們生產(chǎn)的高品質(zhì)模具鋼，銅、鎳等殘余元素含量低于全廢鋼冶煉工藝控制水平，磷、硫等有害元素遠低于傳統工藝，無(wú)論是成分指標還是性能指標，都達到行業(yè)領(lǐng)先水平?！睆埿萍继夭难兄乒咎匾眳^作業(yè)長(cháng)柳金瑞說(shuō)。
在特材產(chǎn)品區域，整齊堆疊著(zhù)剛剛下線(xiàn)的不同規格的模具鋼。柳金瑞說(shuō)，這些模具材料已達到北美壓鑄協(xié)會(huì )模具鋼的優(yōu)質(zhì)級別，由它制作的模具，應用于特斯拉、大眾新能源汽車(chē)等世界馳名企業(yè)?！坝捎谫|(zhì)量過(guò)硬，該種鋼材今年以來(lái)訂單量持續攀升，最高售價(jià)近4萬(wàn)元/噸?！?/div>
模具鋼是張宣科技高端特材產(chǎn)品的一種。如今，以氫冶金提供的高品質(zhì)DRI為基礎，張宣科技瞄準特種鋼材，在內燃機用熱端材料、航空航天及軍工級特種合金、高端模具材料等方向發(fā)力，尋求產(chǎn)品轉型升級，競爭高端市場(chǎng)。
事實(shí)上，在今天的市場(chǎng)環(huán)境下，氫冶金不僅是張宣科技主動(dòng)尋求轉型的基礎，更是需求端對產(chǎn)品的必然要求。
8月4日采訪(fǎng)當天，張宣科技的一位工作人員告訴筆者，近日，我國首卷應用高品質(zhì)高比例氫冶金潔凈原料，也就是張宣科技DRI產(chǎn)品生產(chǎn)的低碳汽車(chē)用鋼，在河鋼集團唐鋼公司下線(xiàn)并檢驗合格后，已向德國寶馬集團提供數據包，正式開(kāi)啟材料認證。
河鋼與寶馬的合作源自2022年8月雙方簽署的一份《打造綠色低碳鋼鐵供應鏈合作備忘錄》，根據備忘錄，寶馬成為河鋼綠色低碳鋼鐵的第一家客戶(hù)，從今年中期開(kāi)始，寶馬沈陽(yáng)生產(chǎn)基地量產(chǎn)車(chē)型將逐步使用河鋼的低碳汽車(chē)用鋼。
“在碳達峰碳中和背景下，鋼鐵下游行業(yè)越來(lái)越關(guān)注鋼材產(chǎn)品的碳排放量，未來(lái)，產(chǎn)品能不能被廣大客戶(hù)接納，要看制造流程是否綠色，生產(chǎn)過(guò)程是否有減碳措施?！崩钛笳f(shuō)，如奔馳、寶馬等汽車(chē)企業(yè)，已經(jīng)要求鋼鐵供應商提供鋼材產(chǎn)品的生命周期評價(jià)報告，明確提出“綠鋼”要求。
對眾多鋼鐵企業(yè)而言，如果不能轉變生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)低碳“綠鋼”，很可能損失大量客戶(hù)，影響企業(yè)未來(lái)的發(fā)展。而對張宣科技來(lái)說(shuō)，“綠鋼”需求無(wú)疑是一個(gè)好消息，它將氫冶金在綠色低碳方面的優(yōu)勢，最終轉化成產(chǎn)品上的競爭力。
“下一步，我們將研究生產(chǎn)多種原料結構條件下的DRI產(chǎn)品，提供排放更低、純凈度更高的氫冶金產(chǎn)品，讓綠色高端制造的含金量更高?！崩钛笳f(shuō)。
引領(lǐng)未來(lái)行業(yè)發(fā)展風(fēng)向標
8月3日，一家山東的鋼鐵企業(yè)前來(lái)張宣科技參觀(guān)氫冶金項目，參觀(guān)者們圍繞工藝流程能不能打通，在實(shí)踐當中遇到哪些卡阻，生產(chǎn)出的DRI產(chǎn)品質(zhì)量如何等問(wèn)題進(jìn)行了詳細咨詢(xún)。
5月以來(lái)，張宣科技氫冶金項目實(shí)現連續生產(chǎn)后，到此參觀(guān)學(xué)習的人越來(lái)越多，參觀(guān)者中不乏政府部門(mén)、科研院所，更多還是鋼鐵業(yè)的同行。
“我們的氫冶金項目在行業(yè)內引起了不小震動(dòng)，許多同行到此參觀(guān)交流，研究復制該項目的可行性?！崩钛笳f(shuō)。
在李洋看來(lái)，氫冶金之所以受到關(guān)注，源于鋼鐵行業(yè)減排的大背景。數據資料顯示，中國鋼鐵工業(yè)碳排放量占全球鋼鐵碳排放量的60%以上，占全國碳排放總量的15%左右，是我國制造業(yè)中碳排放量最多的行業(yè)。毫無(wú)疑問(wèn)，降低碳排放量，實(shí)現碳達峰碳中和目標，鋼鐵行業(yè)是主戰場(chǎng)。
外部環(huán)境也在促使鋼鐵行業(yè)加快降碳步伐。5月17日，歐盟碳邊境調節機制（CBAM）正式生效，這意味著(zhù)，鋼鐵、水泥等多個(gè)行業(yè)將被征收“碳稅”。對我國鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，如果不能盡快完成降碳目標，未來(lái)在國際市場(chǎng)上將面臨很大競爭壓力。
鋼鐵行業(yè)降碳該從何處下手？
多年來(lái)，傳統的冶煉工藝節能降碳空間幾乎觸碰到了天花板，要實(shí)現大規模降碳，必須摒棄原有思路，尋找新路徑?！安捎镁G色能源的冶煉工藝將成為鋼鐵業(yè)低碳發(fā)展的方向，就當前的技術(shù)路線(xiàn)來(lái)看，氫冶金是未來(lái)的方向，至少是方向之一?！崩钛笳f(shuō)。
張宣科技氫冶金公司副總經(jīng)理李曉兵同樣看好氫冶金未來(lái)的前景，他認為，氫冶金技術(shù)已經(jīng)具備了在我國生存的土壤。
事實(shí)上，氫冶金并不是一門(mén)新技術(shù)，該技術(shù)在歐洲等國家已經(jīng)發(fā)展得相對成熟。氫冶金技術(shù)在我國遲遲沒(méi)有推開(kāi)，一個(gè)深層次的原因是，過(guò)去二十年間，鋼鐵企業(yè)更注重提高生產(chǎn)效率和增加產(chǎn)能，而氫冶金是一個(gè)小而精的產(chǎn)線(xiàn)，并不適應彼時(shí)我國的發(fā)展需求。
“當前，我國鋼鐵行業(yè)進(jìn)入新發(fā)展階段，總產(chǎn)能達到峰值并逐步開(kāi)始回落，鋼鐵業(yè)開(kāi)始由量向質(zhì)的轉變過(guò)程，所以氫冶金這種更綠色、更注重質(zhì)量的技術(shù)路線(xiàn)有了生存空間?！崩顣员f(shuō)。
談及鋼鐵企業(yè)對氫冶金的接受度，李曉兵表示，當前階段，鋼鐵行業(yè)對氫冶金技術(shù)還處在觀(guān)望期，但對這項技術(shù)的接納度要比原來(lái)高很多，未來(lái)幾年，一些規模比較大的鋼鐵企業(yè)會(huì )逐步嘗試氫冶金技術(shù)。
在我國，對氫冶金的探索已經(jīng)開(kāi)始起步，除了張宣科技的氫冶金項目，寶武集團八一鋼鐵富氫碳循環(huán)氧氣高爐實(shí)驗已經(jīng)成功，正啟動(dòng)2500立方米高爐富氫碳循環(huán)商業(yè)示范項目。此外，山西中晉冶金科技有限公司也對氫冶金項目進(jìn)行了成功嘗試。
在河北省，根據河鋼集團規劃，預計到2025年，河鋼氫冶金冶煉流程占比將提升到7%左右，2030年進(jìn)一步提升到10%左右，2050年努力達到30%。
從政策角度，對于發(fā)展氫冶金，國家層面已經(jīng)有了頂層設計。2022年，工信部等幾部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》，提出將制定氫冶金行動(dòng)方案，加快推進(jìn)低碳冶煉技術(shù)研發(fā)應用。而在國家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃》中則進(jìn)一步明確，開(kāi)展以氫作為還原劑的氫冶金技術(shù)研發(fā)應用，探索氫能冶金示范應用。
河北日報、河北日報客戶(hù)端記者魏雨 通訊員李巍
記者觀(guān)察
能源結構調整支撐鋼鐵低碳轉型
河鋼集團從“碳冶金”到“氫冶金”，不僅是工藝流程上的改變，更被看作鋼鐵行業(yè)能源結構調整的標志性事件。
長(cháng)遠來(lái)看，氫能被視為21世紀最具發(fā)展潛力的能源之一，在碳達峰碳中和大背景下，未來(lái)鋼鐵行業(yè)無(wú)論是能源結構調整還是工藝創(chuàng )新，氫能都是重要方向。
隨著(zhù)鋼鐵工業(yè)進(jìn)入新舊能源混用階段，氫能逐漸應用于冶金過(guò)程中的部分環(huán)節。對鋼鐵行業(yè)而言，當前階段可以充分利用各類(lèi)工業(yè)副產(chǎn)氫，就近消納，降低氫能供給成本。在中長(cháng)期，則需要依賴(lài)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和布局，以此支撐鋼鐵工業(yè)低碳轉型。
根據河北省新型能源強省建設相關(guān)方案，河北將加快構建形成“風(fēng)、光、水、火、核、儲、氫”多能互補的能源格局，氫能被列為其中重要一極。河北省在全國率先印發(fā)實(shí)施省級氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規劃，提出要推動(dòng)高純氫制備技術(shù)、氫燃料電池發(fā)動(dòng)機和整車(chē)技術(shù)研發(fā)，并布局推進(jìn)第一、二批氫能產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)項目128個(gè)。
在國家層面，近日，國家六部委聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（2023版）》。指南系統構建了氫能制、儲、輸、用全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系，涵蓋基礎與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應用五個(gè)子體系，旨在充分發(fā)揮標準對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規范和引領(lǐng)作用。
政策引領(lǐng)下，河北氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現出良好勢頭。在唐山，目前國內單體產(chǎn)能最大的電池燃料用氫氣生產(chǎn)項目已投產(chǎn)；在保定，全國首條百輛級別氫能重卡運輸線(xiàn)實(shí)現市場(chǎng)化運營(yíng)。全省正在形成一條完整的氫產(chǎn)業(yè)鏈。
在氫產(chǎn)業(yè)體系中，可再生能源制氫的前景被廣泛看好。無(wú)論是河北在建設新型能源強省中提出“提高清潔高效能源比重”，還是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃中要求“重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫，嚴格控制化石能源制氫”，都意味著(zhù)綠氫將迎來(lái)蓬勃發(fā)展的機遇。
河北省在可再生能源領(lǐng)域已具備一定規模，張家口可再生能源示范區、承德國家可持續發(fā)展議程創(chuàng )新示范區、風(fēng)電制氫綜合利用示范項目、海興光伏“領(lǐng)跑者”基地等一批國家級可再生能源示范項目及配套工程正加快建設，將為綠電制氫產(chǎn)業(yè)提供基礎能源。
張家口作為國家級可再生能源示范區，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源十分豐富。坐擁地利之便，目前張宣科技已經(jīng)開(kāi)始綠電領(lǐng)域的探索，其中，張宣科技首個(gè)新能源項目——4MWp屋頂分布式光伏發(fā)電工程已建成投運，龍煙新能源生態(tài)園區正在建設總裝機規模100MW的風(fēng)光互補發(fā)電項目。
有關(guān)專(zhuān)家表示，在未來(lái)以清潔能源為主體的大背景下，鋼鐵行業(yè)能源系統應以氫能替代為主線(xiàn)，綠電和綠氫的組合可以通用在鋼鐵生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節。因此，構建以“綠電+綠氫”為核心的能源系統，使鋼鐵擺脫對化石能源的依賴(lài)，從源頭上解決碳排放問(wèn)題，是實(shí)現低碳甚至“零碳”排放的一條途徑。
來(lái)源：河北日報客戶(hù)端
編輯：張雨恬
相關(guān)文檔
版權說(shuō)明
【1】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：中國冶金報—中國鋼鐵新聞網(wǎng)"的所有作品，版權均屬于中國鋼鐵新聞網(wǎng)。媒體轉載、摘編本網(wǎng)所刊 作品時(shí)，需經(jīng)書(shū)面授權。轉載時(shí)需注明來(lái)源于《中國冶金報—中國鋼鐵新聞網(wǎng)》及作者姓名。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
【2】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：XXX（非中國鋼鐵新聞網(wǎng)）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng) 贊同其觀(guān)點(diǎn)，不構成投資建議。
【3】 如果您對新聞發(fā)表評論，請遵守國家相關(guān)法律、法規，尊重網(wǎng)上道德，并承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律 責任。
【4】 如因作品內容、版權和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的。電話(huà)：010—010-64411649
【2】 凡本網(wǎng)注明"來(lái)源：XXX（非中國鋼鐵新聞網(wǎng)）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng) 贊同其觀(guān)點(diǎn)，不構成投資建議。
【3】 如果您對新聞發(fā)表評論，請遵守國家相關(guān)法律、法規，尊重網(wǎng)上道德，并承擔一切因您的行為而直接或間接引起的法律 責任。
【4】 如因作品內容、版權和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的。電話(huà)：010—010-64411649
