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，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，項目正式實現安全、連續、順利生產。

 

置身現場，氫冶金與傳統煉鐵工藝在觀感上差別很大。傳統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生反應。”張宣科技氫冶金作業區作業長呂志敏一邊說，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。

 

與傳統工藝比，氫冶金在實現傳統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，工藝流程環節減少，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噸在高爐環節產生。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。

 

一組數據可以說明氫冶金的減排效果。據測算，與同等生產規模的“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，該氫冶金項目在規劃時，還配套了二氧化碳捕集和精制系統。

 

在項目現場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、再優化，發現減碳潛力，探索當前工藝下的降碳極限。呂志敏表示，自5月以來，這樣的會議至少是一天一開，目的是努力打造行業首條“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日中國鋼鐵工業協會發來的賀信。賀信中說，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，引領鋼鐵行業邁入“以氫代煤”冶煉“綠鋼”的時代。