打造氫冶金創(chuàng)新策源高地 推動(dòng)鋼鐵低碳高質(zhì)量發(fā)展

　　我國(guó)鋼鐵工業(yè)低碳發(fā)展面臨的形勢(shì)與壓力

　　凈零排放已成為全球廣泛接受的目標(biāo)。在《巴黎協(xié)定》下，已有130多個(gè)國(guó)家提出碳中和氣候目標(biāo)，覆蓋了全球83%的碳排放、91%的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。中國(guó)也已提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

　　鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著巨大的支撐作用。同時(shí)，鋼鐵行業(yè)也是碳排放重點(diǎn)領(lǐng)域，碳排放量占全國(guó)碳排放總量的15%左右，是31個(gè)制造業(yè)門類中碳排放量最高的行業(yè)，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型面臨以下巨大挑戰(zhàn)：

　　一是低碳轉(zhuǎn)型時(shí)間緊、任務(wù)重。我國(guó)鋼鐵行業(yè)體量基數(shù)大，能源投入具有高碳性，目前高碳化的煤焦投入接近90%。碳排放機(jī)理相對(duì)比較復(fù)雜，涉及能源燃燒排放、生產(chǎn)過(guò)程排放、電力和熱力消耗所對(duì)應(yīng)的各種排放機(jī)理，企業(yè)發(fā)展水平也各有差異，在“雙碳”目標(biāo)和能耗雙控逐步轉(zhuǎn)向碳排放雙控的大背景下，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳面臨巨大挑戰(zhàn)。

　　二是工藝流程結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化。鋼鐵行業(yè)以高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝為主，占比約90%，盡管電爐短流程碳排放強(qiáng)度明顯低于高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程，但受廢鋼資源、電價(jià)等各方面因素制約，整體競(jìng)爭(zhēng)力偏弱，鋼鐵流程結(jié)構(gòu)低碳化調(diào)整面臨較大挑戰(zhàn)。

　　三是低碳創(chuàng)新技術(shù)支撐不足。目前鋼鐵行業(yè)已經(jīng)在氫冶金、CCS（碳捕集）等方面開(kāi)展一定探索，但突破性的冶煉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用難且短期難以改變，尚未形成低成本且可工業(yè)化、規(guī)?；瘧?yīng)用的創(chuàng)新低碳技術(shù)，創(chuàng)新能力仍然不足，低碳轉(zhuǎn)型難度大。

　　實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)高爐“碳冶金”向新型“氫冶金”的顛覆性綠色低碳轉(zhuǎn)變，對(duì)于鋼鐵行業(yè)深度脫碳乃至實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要作用，因此有必要大力推動(dòng)氫冶金技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)和示范應(yīng)用，為我國(guó)乃至全球鋼鐵行業(yè)探索先進(jìn)可靠的技術(shù)方案。

　　我國(guó)氫冶金政策支持體系

　?。?）國(guó)家層面氫冶金政策

　　對(duì)于發(fā)展氫冶金，國(guó)家層面已發(fā)布一系列政策文件，強(qiáng)化了氫冶金領(lǐng)域的頂層設(shè)計(jì)。

　　（2）各地方政府氫冶金政策

　　河北、山東、湖北、甘肅、安徽、江蘇等地在氫能發(fā)展規(guī)劃方面明確提到氫在冶金領(lǐng)域的替代應(yīng)用，并提出推動(dòng)氫冶金相關(guān)技術(shù)研發(fā)和示范試點(diǎn)等。

　　不同氫冶金技術(shù)路線特點(diǎn)及優(yōu)劣勢(shì)

　?。?）富氫高爐冶煉技術(shù)

　　富氫高爐冶煉技術(shù)是通過(guò)噴吹焦?fàn)t煤氣、天然氣或氫氣等，以替代煤粉和部分焦炭的熱源和還原劑作用，減少高爐碳排放。由于焦炭骨架作用的不可替代性，富氫高爐冶煉的碳減排潛力受到限制，一般認(rèn)為單獨(dú)富氫方式的碳減排潛力為10%～20%。但在國(guó)內(nèi)90%左右生鐵來(lái)自高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程的背景下，為避免工藝轉(zhuǎn)型過(guò)程造成現(xiàn)有資產(chǎn)的大幅減值損失，富氫高爐在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的過(guò)渡時(shí)期具有重要推廣意義。

　　與傳統(tǒng)高爐冶煉相比，高爐富氫將增加煤氣中水蒸氣含量，對(duì)焦炭氣化反應(yīng)行為產(chǎn)生不利影響。由于富氫使焦比降低、煤氣成分變化，對(duì)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦等入爐原料的強(qiáng)度、粒度、熔滴性及低溫還原粉化率、還原性等冶金性能指標(biāo)提出了更高的要求。目前，高爐富氫對(duì)焦炭的置換比在0.3左右，在經(jīng)濟(jì)性和降低工序能耗方面還有所不足。未來(lái)，只有利用存量高爐大修機(jī)會(huì)，對(duì)爐身進(jìn)行改造，通過(guò)爐身、風(fēng)口噴入富氫氣體，進(jìn)一步將置換比提升至0.5以上，高爐富氫才可能體現(xiàn)出節(jié)能降碳的比較優(yōu)勢(shì)。

　　（2）氫基豎爐直接還原技術(shù)

　　以天然氣為氣源的傳統(tǒng)豎爐直接還原技術(shù)在國(guó)外已成熟并廣泛應(yīng)用，形成MIDREX、ENERGIRON及PERED三種工藝與裝備，實(shí)現(xiàn)了利用含氫50%～70%的還原氣生產(chǎn)海綿鐵（DRI）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年世界DRI產(chǎn)量達(dá)到1.27億噸，其中約70%低碳DRI是通過(guò)豎爐方式生產(chǎn)的，已成為全球鋼鐵冶煉工藝重要組成部分。氫基豎爐直接還原技術(shù)是以豎爐裝備為基礎(chǔ)，采用高比例富氫或純氫氣體為還原劑，以高品位球團(tuán)礦、塊礦為原料，通過(guò)氣—固直接還原方式生產(chǎn)固態(tài)海綿鐵。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)基于富氫焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原工藝，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過(guò)煤氣凈化、氣體重整后得到富氫還原氣，再參與反應(yīng)生產(chǎn)低碳DRI產(chǎn)品，充分發(fā)揮了我國(guó)焦化副產(chǎn)氫資源優(yōu)勢(shì)。

　　使用天然氣/焦?fàn)t煤氣豎爐直接還原工藝，噸產(chǎn)品碳排放量為0.6噸～0.7噸，若進(jìn)一步考慮電爐環(huán)節(jié)碳排放，則噸鋼碳排放量為1噸～1.2噸，較傳統(tǒng)長(zhǎng)流程工藝碳排放量減少40%～50%，若能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定全綠氫供應(yīng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)全氫零碳冶煉。在單套規(guī)模上，豎爐裝備最大生產(chǎn)能力為250萬(wàn)噸/年，接近3000立方米高爐生產(chǎn)能力，符合鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模化、高效化要求。環(huán)保上，由于完全避免使用焦炭、燒結(jié)礦，富氫氣體或純氫氣體經(jīng)凈化后含硫量極低，相應(yīng)冶煉環(huán)節(jié)大氣污染物排放量遠(yuǎn)低于高爐長(zhǎng)流程。但該技術(shù)需要使用高品位鐵礦石資源作為原料，而全球都面臨著優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石資源匱乏的問(wèn)題，并且高比例氫氣的使用，對(duì)氫氣加熱爐裝備制造、加熱方式及用氫安全性均提出更高要求。

　?。?）基于流化床的氫基直接還原技術(shù)

　　流化床是一種有效直接還原粉鐵礦的工藝裝置，基于流化床的氫基直接還原技術(shù)是氫冶金研發(fā)的重要技術(shù)路線，典型工藝主要有FINMET和Circored工藝。

　　FINMET生產(chǎn)裝置由4級(jí)流化床順次串聯(lián)，逐級(jí)預(yù)熱和還原粉鐵礦原料，還原煤氣是流化床爐頂煤氣和天然氣重整氣體的混合氣。

　　Circored工藝以天然氣制氫為還原劑，在流化床設(shè)備中還原粉鐵礦生產(chǎn)海綿鐵，流化床反應(yīng)器包括一級(jí)預(yù)熱循環(huán)流化床、二級(jí)預(yù)還原循環(huán)流化床與三級(jí)終還原臥式鼓泡流化床，流化床內(nèi)溫度為630攝氏度～650攝氏度。

　　當(dāng)前傳統(tǒng)高爐及氫基豎爐使用鐵原料均需要高溫造塊，增加能耗和大氣污染物排放，基于流化床的氫基直接還原則完全以鐵礦粉為原料，不再需要對(duì)礦粉進(jìn)行造塊。但該技術(shù)存在要求使用高品位鐵礦石、產(chǎn)品較高的金屬化率易造成黏結(jié)失流及單位產(chǎn)品能耗高于氫基豎爐等不足之處。受流化床工藝控制難度大、能量利用率和生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等多因素影響，全球多個(gè)基于天然氣的流化床直接還原工業(yè)化項(xiàng)目均未能長(zhǎng)期有效運(yùn)行。

　?。?）富氫熔融還原技術(shù)

　　富氫熔融還原技術(shù)是在傳統(tǒng)煤基熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，將氫冶金與“熔融還原”相結(jié)合，以HIsmelt、HIsarna等煤基熔融還原工藝為基礎(chǔ)，通過(guò)噴吹富氫氣體替代煤炭，降低碳排放量，實(shí)現(xiàn)綠色冶金。該技術(shù)可以使用傳統(tǒng)高爐流程用鐵礦粉，無(wú)需焦化、燒結(jié)等高污染工序，大幅度降低污染物排放。未來(lái)高比例富氫或全氫的熔融還原技術(shù)若開(kāi)發(fā)成熟并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，可以擺脫目前發(fā)展氫基直接還原技術(shù)所面臨的優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源匱乏的限制。

　　國(guó)內(nèi)外氫冶金技術(shù)進(jìn)展

　?。?）富氫高爐冶煉技術(shù)

　　國(guó)內(nèi)，寶鋼股份于2020年進(jìn)行了復(fù)合噴吹天然氣的生產(chǎn)試驗(yàn)，噸鐵噴吹量達(dá)到60標(biāo)準(zhǔn)立方米～65標(biāo)準(zhǔn)立方米，試驗(yàn)中一氧化碳利用率保持在49%，氫氣利用率達(dá)到43%，燃料比由492千克/噸下降至440千克/噸，降幅為10%左右。晉南鋼鐵2座1860立方米高爐開(kāi)展風(fēng)口噴吹焦?fàn)t煤氣和工業(yè)副產(chǎn)氫氣的研發(fā)、設(shè)計(jì)和工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了噸鐵焦?fàn)t煤氣噴吹量為65標(biāo)準(zhǔn)立方米，高爐燃料比平均降低32千克/噸，噸鐵碳排放量降低80千克左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和降碳效果。寶武八鋼創(chuàng)新研發(fā)了富氫碳循環(huán)氧氣高爐技術(shù)，建設(shè)400立方米富氫碳循環(huán)氧氣高爐工業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成從35%富氧、50%超高富氧到100%全氧冶煉工況條件下的噴吹脫碳煤氣和富氫冶煉的工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了化石燃料消耗降低30%、碳減排21%的階段性目標(biāo)，其2500立方米HyCROF（富氫碳循環(huán)氧氣高爐）商業(yè)化示范項(xiàng)目也于今年9月底建成并正式點(diǎn)火投運(yùn)，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)年減排二氧化碳100萬(wàn)噸。

　　國(guó)外，蒂森克虜伯于2019年正式將氫氣注入杜伊斯堡廠9號(hào)高爐進(jìn)行氫煉鐵試驗(yàn)，此后逐步將氫氣的使用范圍擴(kuò)展到高爐全部28個(gè)風(fēng)口，最終目標(biāo)是在杜伊斯堡地區(qū)3座高爐都噴吹氫氣，實(shí)現(xiàn)碳減排19%～20%。安賽樂(lè)米塔爾公司分別在德國(guó)不萊梅廠和法國(guó)敦刻爾克廠的高爐上開(kāi)展了純氫或富氫氣體噴吹。日本則于2008年啟動(dòng)COURSE50項(xiàng)目研究，開(kāi)發(fā)將焦?fàn)t改質(zhì)煤氣作為還原劑噴吹進(jìn)高爐的富氫還原技術(shù)及碳捕集技術(shù)，于2016年進(jìn)行了第一次試驗(yàn)，研發(fā)了氫還原效果最大化的操作技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)碳減排9.4%，2023年2月份日本制鐵決定啟動(dòng)該技術(shù)在實(shí)際高爐中的試驗(yàn)，計(jì)劃于2026年在君津廠2號(hào)4500立方米高爐開(kāi)展工業(yè)化試驗(yàn)。

　　（2）氫基豎爐直接還原技術(shù)

　　“十四五”期間，中國(guó)寶武、河鋼集團(tuán)、中晉冶金、中國(guó)鋼研等一批國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)圍繞氫基豎爐技術(shù)開(kāi)展工業(yè)示范。河鋼集團(tuán)120萬(wàn)噸氫冶金示范工程一期60萬(wàn)噸項(xiàng)目已投產(chǎn)運(yùn)行4個(gè)月，采用基于焦?fàn)t煤氣零重整豎爐直接還原技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，比同等高爐長(zhǎng)流程每年可減少碳排放80萬(wàn)噸，減排比例達(dá)70%。湛江鋼鐵百萬(wàn)噸氫基豎爐于2022年2月份開(kāi)建，預(yù)計(jì)于2023年底建成，投產(chǎn)后對(duì)比傳統(tǒng)鐵前全流程高爐煉鐵工藝同等規(guī)模鐵水產(chǎn)量，每年可減少碳排放50萬(wàn)噸以上，項(xiàng)目主要以焦?fàn)t煤氣和天然氣為氫源。中國(guó)鋼研開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的純氫冶金技術(shù)，于2022年在山東臨沂臨港建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)純氫冶金技術(shù)開(kāi)發(fā)中試基地，現(xiàn)階段正開(kāi)展試驗(yàn)。

　　國(guó)外鋼鐵企業(yè)也積極推進(jìn)氫基豎爐直接還原研發(fā)與示范應(yīng)用，瑞典鋼鐵開(kāi)展HYBRIT無(wú)化石能源煉鋼項(xiàng)目，采用全綠氫豎爐+電爐的技術(shù)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)，目前正處于中試階段，計(jì)劃在2026年—2030年完成商業(yè)化應(yīng)用。安賽樂(lè)米塔爾致力于純氫冶煉技術(shù)研發(fā)，建設(shè)10萬(wàn)噸/年純氫豎爐中試廠，并計(jì)劃于2025年、2026年分別在西班牙、加拿大建設(shè)氫基豎爐+電爐流程的零碳工廠。德國(guó)薩爾茨吉特公司建設(shè)試驗(yàn)規(guī)模為100千克/時(shí)的μDRAL綠氫中試示范工廠，計(jì)劃于2033年完成薩爾茨吉特工廠的低碳改造，二氧化碳總量降低約95%。同時(shí)，塔塔鋼鐵、日本神戶制鋼、蒂森鋼鐵也規(guī)劃或正在開(kāi)展氫基豎爐工程項(xiàng)目，逐步降低現(xiàn)有高碳排放的傳統(tǒng)高爐生產(chǎn)流程占比。

　　（3）基于流化床反應(yīng)器的氫直接還原工藝

　　圍繞流化床直接還原工藝，中科院過(guò)程工程所多年來(lái)持續(xù)推進(jìn)針對(duì)普通鐵礦、釩鈦磁鐵礦的流化床直接還原工藝技術(shù)和關(guān)鍵裝備的研發(fā)，于2014年建立2000噸/年釩鈦磁鐵礦直接還原—電爐熔分示范裝置，實(shí)現(xiàn)了7天連續(xù)熱態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行；2022年聯(lián)合鞍鋼集團(tuán)、上海大學(xué)等單位合作建設(shè)全球首套年產(chǎn)1萬(wàn)噸直接還原鐵的流化床綠氫直接還原示范裝置，計(jì)劃于2024年前投入運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化形成年產(chǎn)50萬(wàn)噸直接還原鐵的流化床氫氣直接還原工藝包。

　　國(guó)外針對(duì)流化床的氫基直接還原研究也在持續(xù)開(kāi)展。美卓奧圖泰公司于1999年投運(yùn)1座年產(chǎn)50萬(wàn)噸的Circored工業(yè)生產(chǎn)裝置，至2001年共生產(chǎn)了超過(guò)30萬(wàn)噸的高質(zhì)量熱壓塊海綿鐵，目前該廠歸安賽樂(lè)米塔爾公司所有，自2015年以來(lái)一直處于閑置狀態(tài)。普銳特冶金在原FINMET流化床經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正在研發(fā)HYFOR（氫基粉礦還還原）流化床還原技術(shù)，在奧鋼聯(lián)鋼鐵公司投運(yùn)一座中試試驗(yàn)廠，作為該技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。韓國(guó)浦項(xiàng)依托FINEX流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，正在開(kāi)發(fā)HyREX技術(shù)，高爐使用普通鐵礦粉作為原料，通過(guò)流化床還原后的礦粉經(jīng)熱壓塊進(jìn)入熔融氣化爐（遠(yuǎn)期采用電熔分爐）熔分得到鐵水，期望突破傳統(tǒng)直接還原對(duì)高品質(zhì)礦石資源的要求限制。據(jù)悉該技術(shù)目前仍處于試驗(yàn)研究階段，計(jì)劃2025年—2028年完成中試，2030年以后進(jìn)行商業(yè)化推廣。

　?。?）富氫熔融還原技術(shù)

　　該技術(shù)是國(guó)內(nèi)建龍集團(tuán)正在研發(fā)的氫冶金新技術(shù)，基于富氫冶金理念的全球首套工業(yè)化熔融還原項(xiàng)目于2021年4月份投產(chǎn)，該項(xiàng)目將通過(guò)3步（煤+焦?fàn)t煤氣熔融還原、全焦?fàn)t煤氣熔融還原、純氫熔融還原）走，實(shí)現(xiàn)富氫冶金、全氫冶金。目前，該項(xiàng)目處于第一步的煤+焦?fàn)t煤氣富氫熔融還原示范階段。國(guó)外則主要是科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)正在開(kāi)展氫等離子體熔融還原技術(shù)（HPSR）的實(shí)驗(yàn)室研究，其中奧鋼聯(lián)在多納維茨的工廠建設(shè)熔融還原試驗(yàn)裝置來(lái)開(kāi)展基礎(chǔ)研究，暫未開(kāi)展工業(yè)化示范項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。

　　現(xiàn)階段氫冶金面臨的難題

　　（1）全球高品位鐵礦石資源匱乏

　　得到行業(yè)普遍認(rèn)可的氫基直接還原+電爐煉鋼的近零碳流程，需要使用優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石資源（含鐵67%以上）。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2023年數(shù)據(jù)，全球鐵礦石儲(chǔ)量約為1800億噸，其中鐵含量為850億噸，但全球鐵礦資源分布不均衡，富礦資源主要集中在南半球的澳大利亞、巴西、印度、南非、伊朗等國(guó)家，原礦采出品位基本在50%以上，但鐵礦產(chǎn)品以粉礦為主，且品位基本在67%以下。按鐵礦石資源儲(chǔ)量，我國(guó)居世界第四位，但鐵礦石含鐵品位平均僅為34.5%，貧礦占全部鐵礦石資源儲(chǔ)量的98.8%，絕大部分鐵礦石須經(jīng)過(guò)選礦富集后才能使用，產(chǎn)品以傳統(tǒng)高爐用鐵精礦為主，67%以上優(yōu)質(zhì)高品位鐵礦石仍然較少。此外未來(lái)隨著鐵礦開(kāi)采不斷推進(jìn)，全球高品位優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源還將不斷減少。基于氫基直接還原+電爐煉鋼的近零碳流程產(chǎn)業(yè)化面臨著鐵礦石資源保障難度大的問(wèn)題，為推進(jìn)低品位鐵礦石資源在氫基直接還原工藝中應(yīng)用，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)及部分企業(yè)提出氫基直接還原+電熔分爐（ESF）+轉(zhuǎn)爐煉鋼的創(chuàng)新技術(shù)路線，但還處于研發(fā)過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)性有待驗(yàn)證。

　?。?）氫冶金耗氫量大，氫能資源保障難度大

　　按照氫基豎爐直接還原噸鐵消耗氫氣900標(biāo)準(zhǔn)立方米計(jì)算，百萬(wàn)噸級(jí)氫基直接還原項(xiàng)目年消耗氫氣9億標(biāo)準(zhǔn)立方米，折合年消耗氫氣8.2萬(wàn)噸，若全國(guó)全氫豎爐冶煉實(shí)現(xiàn)1億噸規(guī)模，需增加氫氣制取能力至少820萬(wàn)噸。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院與石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院統(tǒng)計(jì)，我國(guó)氫氣年產(chǎn)量約為3300萬(wàn)噸，電解水制氫規(guī)模占比僅為2%，化石能源制氫均為配套合成氨、甲醇、石油化工等項(xiàng)目而被直接利用，電解水制氫則主要配套浮法玻璃、電子、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。雖然我國(guó)制氫規(guī)模較大，但現(xiàn)階段可用于氫冶金的清潔低碳?xì)滟Y源少。

　　現(xiàn)階段我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展氫冶金最易獲得的氫源是焦化副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣，每年外供焦?fàn)t煤氣資源量約為900億立方米～1000億立方米，但基本作為鋼鐵生產(chǎn)燃料、發(fā)電或生產(chǎn)化工產(chǎn)品利用，在無(wú)明顯經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)的情形下，難以促使焦化企業(yè)放棄原有的焦?fàn)t煤氣綜合利用設(shè)施而建設(shè)新的氫冶金生產(chǎn)線。

　?。?）制氫成本高、經(jīng)濟(jì)性差

　　發(fā)展氫冶金需要有低成本的氫能作為基礎(chǔ)保障?，F(xiàn)階段可再生能源電解水制綠氫成本在2元/標(biāo)準(zhǔn)立方米～3元/標(biāo)準(zhǔn)立方米，每生產(chǎn)1噸DRI使用氫氣成本達(dá)到1800元～2700元，而傳統(tǒng)高爐冶煉噸鐵燃料成本在1000元左右，單純能源成本就增加800元～1700元；氫基直接還原使用含鐵67%以上高品位鐵礦石原料成本也高于高爐用普通鐵礦石原料，DRI產(chǎn)品用于電爐煉鋼，噸鋼電耗在400千瓦時(shí)～500千瓦時(shí)，其能源成本高于轉(zhuǎn)爐煉鋼能源成本?？傮w來(lái)看，氫氣成本、鐵礦石原料成本及電爐煉鋼環(huán)節(jié)成本增加是影響氫冶金+電爐煉鋼近零碳流程經(jīng)濟(jì)性的主要限制因素。

　　（4）技術(shù)研發(fā)方面存在較多難點(diǎn)

　　氫冶金的發(fā)展需要制—儲(chǔ)—用3個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)同推進(jìn)，并兼顧每個(gè)環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性、低碳性和安全性。一是綠氫的大規(guī)模、低成本制備技術(shù)障礙需要突破；二是氫還原為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需研究解決熱平衡問(wèn)題及配套裝備參數(shù)優(yōu)化，氫冶金涉及到豎爐、流化床主要裝備還未成熟，尤其豎爐裝備現(xiàn)階段仍以引進(jìn)國(guó)外技術(shù)為主；三是可再生能源受制于風(fēng)或光等外部資源變化，波動(dòng)性較大，如何與制氫、冶金連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)相結(jié)合是重點(diǎn)攻關(guān)方向；四是解決氫能的安全使用問(wèn)題，氫能使用對(duì)加熱裝備和反應(yīng)器的耐高溫、耐高壓、防泄漏、耐氫蝕性及安全存儲(chǔ)輸送等帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

　　氫冶金發(fā)展前景及建議

　　（1）發(fā)展前景

　　“十四五”期間，我國(guó)氫冶金技術(shù)以中試及工業(yè)示范為主?；诮?fàn)t煤氣的豎爐直接還原技術(shù)和富氫高爐冶煉技術(shù)將趨于成熟，工業(yè)化應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及裝備國(guó)產(chǎn)化技術(shù)能力將大幅提升。預(yù)計(jì)2025年基于焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原煉鐵規(guī)模達(dá)到300萬(wàn)噸～400萬(wàn)噸，在區(qū)域電價(jià)、煤氣價(jià)格具有優(yōu)勢(shì)情況下，直接還原鐵/廢鋼+電爐冶煉工藝生產(chǎn)優(yōu)特鋼及高附加值出口鋼材將在有需求的龍頭企業(yè)內(nèi)得到示范應(yīng)用。在該階段綠氫價(jià)格難以大幅下降，應(yīng)用于冶金工藝將大幅增加產(chǎn)品成本，還不具備成本優(yōu)勢(shì)。

　　“十五五”期間，基于焦?fàn)t煤氣的豎爐直接還原技術(shù)預(yù)計(jì)在煤氣資源豐富的地區(qū)或企業(yè)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用，生產(chǎn)高附加值低碳鋼材產(chǎn)品及應(yīng)對(duì)歐盟碳關(guān)稅限制，預(yù)計(jì)到2030年基于富氫焦?fàn)t煤氣的直接還原鐵規(guī)模將能達(dá)到700萬(wàn)噸～900萬(wàn)噸，基于流化床反應(yīng)器的氫還原鐵技術(shù)預(yù)計(jì)將得到攻關(guān)突破。在此階段，預(yù)計(jì)綠氫成本仍較高、不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用。

　　2035年后，上述氫冶金技術(shù)將不斷趨于成熟，核心技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，并且隨著可再生能源制氫資源不斷豐富、成本下降及碳排放成本增加，綠氫將在氫冶金工藝中得到工業(yè)應(yīng)用。

　?。?）發(fā)展建議

　　國(guó)家層面，應(yīng)加強(qiáng)氫冶金頂層設(shè)計(jì)。我國(guó)氫冶金技術(shù)的研發(fā)需要國(guó)家層面的戰(zhàn)略規(guī)劃和定位，編制出臺(tái)可行的氫冶金發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、氫冶金實(shí)施方案、氫冶金技術(shù)路線圖等，制定氫能在鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，逐步構(gòu)建氫冶金標(biāo)準(zhǔn)體系。建議協(xié)調(diào)國(guó)家有關(guān)部門及地方制定專項(xiàng)政策，對(duì)于行業(yè)重大和突破性氫冶金低碳共性技術(shù)，在產(chǎn)能置換、產(chǎn)量、能耗總量控制、污染物排放指標(biāo)等方面給予一定的政策支持。將降碳潛力大的氫冶金技術(shù)納入綠色金融、轉(zhuǎn)型金融、綠色信貸支持范圍內(nèi)，并在財(cái)政、稅收、信貸上給予支持，推進(jìn)先進(jìn)氫冶金示范項(xiàng)目建設(shè)及有效運(yùn)營(yíng)。

　　行業(yè)層面，聚焦先進(jìn)低碳冶金共性技術(shù)，建立行業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)創(chuàng)新技術(shù)目錄。集聚行業(yè)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源，布局開(kāi)展前瞻性、系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，使我國(guó)低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。搭建多方參與的低碳冶金創(chuàng)新平臺(tái)，共同開(kāi)展低碳冶金共性技術(shù)研發(fā)，培育壯大以企業(yè)為主體的低碳創(chuàng)新生力軍，構(gòu)建低碳冶金技術(shù)創(chuàng)新體系，提高行業(yè)科技創(chuàng)新策源能力。

　　企業(yè)層面，穩(wěn)步審慎推進(jìn)氫冶金項(xiàng)目建設(shè)。當(dāng)前，低成本制取綠氫、儲(chǔ)氫等關(guān)鍵技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)重大突破，具有經(jīng)濟(jì)性和低碳性的氫冶金技術(shù)路線還未成熟，金融、財(cái)稅等相關(guān)支持政策還不完善，建議鋼鐵企業(yè)在投資前做好項(xiàng)目技術(shù)調(diào)研、經(jīng)濟(jì)分析、投資風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等基礎(chǔ)論證工作。冶金企業(yè)加強(qiáng)與制氫裝備企業(yè)合作，共同推進(jìn)制氫—?dú)湟苯饍纱笮袠I(yè)實(shí)現(xiàn)能源穩(wěn)定供應(yīng)，增強(qiáng)技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)和設(shè)施運(yùn)營(yíng)的一致性、互融性，積極布局掌控全球優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源，增強(qiáng)自身發(fā)展氫冶金的資源保障能力。（國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、冶金工業(yè)規(guī)劃研究院院長(zhǎng)、黨委副書(shū)記 范鐵軍）

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)冶金報(bào)

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