8月3日下午，位于張家口市宣化區(qū)的河鋼集團張宣高科科技有限公司氫冶金項目現(xiàn)場，一座118米高的氫基豎爐巍然聳立，豎爐周圍簇擁著水處理、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裝置連接，整套設備平穩(wěn)運行。

 

2022年12月，張宣科技120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通，這是全球首例采用“焦爐煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術的氫冶金示范工程。經過一段時間運行，今年5月，項目正式實現(xiàn)安全、連續(xù)、順利生產。

 

置身現(xiàn)場，氫冶金與傳統(tǒng)煉鐵工藝在觀感上差別很大。傳統(tǒng)高爐被氫基豎爐取代，一個個銀白色的反應罐，密布的管道和閥門、儀表，也是傳統(tǒng)高爐煉鐵所沒有的，這里更像一座化工廠。

 

“這些反應罐和管道內流通的是焦爐煤氣，焦爐煤氣經過深度凈化、脫除雜質，加壓進入氫基豎爐內，之后該氣體的主要成分氫將與鐵礦石進一步發(fā)生反應。”張宣科技氫冶金作業(yè)區(qū)作業(yè)長呂志敏一邊說，一邊手指管線描述大致流程。

 

采用氫氣作為還原劑和過程燃料，是氫冶金與傳統(tǒng)高爐煉鐵本質的不同。“高爐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，整個過程是氣體與固體的反應。”呂志敏將兩種工藝進行對比。

 

與傳統(tǒng)工藝比，氫冶金在實現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源替代的同時，也改變了整個冶金的生產流程。

 

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，再經轉爐熔煉成鋼，這種模式被稱為長流程煉鋼。氫冶金技術省去高爐等流程，所產出的DRI（直接還原鐵）產品直接轉入電爐，工藝流程環(huán)節(jié)減少，復雜度也大大降低。

 

能源的轉換，加上冶煉流程的縮短，氫冶金帶來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中心副主任李洋感受頗深。

 

“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。”作為一名鋼鐵行業(yè)的老兵，李洋經歷過高爐煉鐵的鼎盛時代，他直言氫冶金是鋼鐵冶煉的重大技術革新。

 

一組數(shù)據可以說明氫冶金的減排效果。據測算，與同等生產規(guī)模的“高爐+轉爐”長流程工藝相比，氫冶金示范工程一期每年可減少二氧化碳排放80萬噸，減排比例達到70%以上，同時二氧化硫、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(guī)劃時，還配套了二氧化碳捕集和精制系統(tǒng)。

 

在項目現(xiàn)場焦爐煤氣壓縮機東側區(qū)域，呂志敏告訴筆者，二氧化碳精制過程在這里完成。“我們會將氫冶金過程中產生的部分二氧化碳捕集，進而脫水、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，預計生產一噸DRI產品可捕集二氧化碳約125千克，項目可年產二氧化碳副產品約6萬噸。”

 

當天17時，呂志敏趕回氫冶金項目辦公樓，循例參加項目部的會議。會議議題是對整個工藝流程進行再梳理、再優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)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，這樣的會議至少是一天一開，目的是努力打造行業(yè)首條“零碳”示范產線。

 

在氫冶金項目辦公樓大廳內，展示著一封5月31日中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會發(fā)來的賀信。賀信中說，氫冶金項目一期工程的成功，是由傳統(tǒng)“碳冶金”向新型“氫冶金”轉變的重要里程碑，引領鋼鐵行業(yè)邁入“以氫代煤”冶煉“綠鋼”的時代。