中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
通訊員 魏清源 記者 李巍 報道
編者按
從2021年9月末河鋼宣鋼鋼鐵產能全部關停開始，這家百年鋼廠以張宣科技的新形象快速崛起，全面進入轉型升級期。兩年時間，在這家原為河鋼宣鋼的廠址上，崛起了一座科技之城。通過持之以恒走綠色低碳發展、高水平科技自立自強之路，張宣科技實現了華麗蝶變，轉型成為世界氫冶金的先行者、特鋼新材料的引領者，為鋼鐵行業實現高質量發展提供了有益借鑒。《中國冶金報》今日聚焦張宣科技全球首例120萬噸氫冶金示范工程的出世軌跡，探尋其在氫冶金新賽道上的磅礴動能。
初秋時節，冬奧之城崇禮再次吸引了世界目光。9月5日—9月7日，由河鋼集團和中國金屬學會共同主辦的2023年氫冶金國際研討會召開，來自12個國家和地區的專家學者、科研人員齊聚一堂，實地考察以氫作為大工業生產能源應用的第一例——河鋼全球首例120萬噸氫冶金示范工程，共同探討世界鋼鐵工業綠色低碳發展的技術應用與推廣路徑。
“未來，鋼鐵將承載著低碳、綠色、智能等多種創新元素，氫冶金作為低碳冶金的革命性創新技術，在行業未來發展中將大有作為。”世界鋼鐵發展研究院院長，河鋼集團黨委書記、董事長于勇表示。
（圖源：河鋼集團）
技高一籌，推動工藝變革
不久前，河鋼集團張宣科技傳出消息稱，全球首例氫冶金示范工程綠色DRI（直接還原鐵）產品日產量達到1617噸，趨于滿負荷生產，DRI產品金屬化率提升至94%以上。
“我們要充分利用全氧富氫低碳還原工藝，在保證氫基豎爐長周期穩定順行的基礎上，進一步提高綠色DRI產品質量。”張宣科技氫冶金公司總經理路鵬這樣叮囑企業技術骨干。
路鵬提到的這項還原工藝技術，恰是由河鋼、東北大學、張宣科技聯合在全球首例富氫氣體（焦爐煤氣）零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程研發建設中總結提煉的實質性創新成果，可大幅降低煉鐵生產中碳的使用量和二氧化碳排放量。通過設計相應的爐型及工藝，間接還原區金屬化率可以達到85%～95%；采用全氧使自身反應器還原產生的煤氣實現循環利用，可以實現降碳40%以上的目標。“全氧富氫低碳還原熔化煉鐵系統及煉鐵方法”也獲得了國家發明專利授權。
在技術的加持下，張宣科技領跑氫冶金新賽道。
一方面，張宣科技借助平臺優勢，積極參與氫冶金標準聯合工作組工作，幫助建立科學的氫冶金標準體系；基于東北大學創新研究成果，成功實施PMC粉球團工業生產試驗，高品質多參數耦合球團礦抗壓強度、粒級、品位均100%合格；與河鋼、東北大學聯合共建河北省氫冶金低碳技術重點實驗室，定位于氫基豎爐、富氫噴吹和新工藝流程方面的基礎研究與中試實驗，將形成一批氫冶金綠色低碳冶煉方面的共性和專有核心技術；與西安交通大學協同攻關，以氫能與碳中和產業創新發展為核心，加強低碳、清潔能源轉化應用技術的開發合作。
另一方面，張宣科技積極開展自主技術攻關，在國內首創微晶系統深度脫萘工藝技術，在充分吸附焦爐煤氣硫的基礎上，降低氣體中有害成分萘的含量，使萘從傳統焦化吸附處理后的200毫克/立方米～300毫克/立方米降至5毫克/立方米，為氫冶金示范工程提供了潔凈氣源；充分利用CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）系統進行碳捕集，并通過脫水、加壓等工藝，精制成工業級液體二氧化碳和食品級液體二氧化碳，年生產二氧化碳副產品約6萬噸；結合氫基DRI產品特性，創新采用氮氣密封工藝技術，同時設計筒倉石梯，有力保證了綠色DRI產品質量；成功實施氫基DRI粉礦壓塊實驗，提高了DRI產品的綜合利用率。
張宣科技氫冶金示范工程技高一籌，為鋼鐵行業轉變能源結構、實現工藝革命提供了全新路徑、創造了全新場景，吸引了眾多國際頭部企業到現場考察。截至目前，張宣科技已申請氫冶金相關專利44項，啟動編制行業標準7項。
圖為張宣科技全球首例120萬噸氫冶金示范工程外景。（羅文琛 攝）
以氫代碳，激發綠色潛力
置身張宣科技氫冶金項目現場，只見傳統高爐被氫基豎爐取代，映入眼簾的是一個個銀白色的反應罐，以及密布的管道和閥門、儀表，現代化科技工廠的氛圍感十足。
“這些反應罐和管道內流通的是焦爐煤氣，焦爐煤氣本身含有55%～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二次利用，最終還原氣體中的氫碳比可以達到8∶1以上，是目前工業化生產中含氫比例最高的氣基豎爐直接還原工藝。”張宣科技氫冶金作業區作業長呂志敏對《中國冶金報》記者說。
與傳統工藝相比，氫冶金以氫代碳，帶來的是冶金工業能源結構、工藝結構的示范性、關鍵性、顛覆性變革。“高爐煉鐵是把鐵礦石和焦炭一起加入高爐，利用焦炭在燃燒過程中產生的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來，排放的是二氧化碳。而氫冶金以氫氣為燃料和還原劑，氫氣與鐵礦石在高溫高壓下直接還原得到金屬鐵，排放的是水蒸氣，從源頭上解決了碳排放問題。”張宣科技技術中心副主任李洋將兩種工藝進行了對比。
一組亮眼數據彰顯了張宣科技氫冶金示范項目的減排優勢：與同等生產規模的傳統高爐+轉爐長流程工藝相比，張宣科技氫冶金示范項目每年可分別減少二氧化碳70%、二氧化硫30%、氮氧化物70%、粉塵顆粒排放量80%以上；每年減少碳排放80萬噸，相當于塞罕壩林場1年的固碳量。
張宣科技還成立了氫冶金技術開發部，進一步完善氫冶金技術路線和工藝方案，推動氫冶金項目實現近零碳生產，達到世界領先水平；采用“數字孿生”技術建立氫冶金智能控制系統，將產線克隆到云端，對壓縮機、豎爐等設備進行在線監測、智能診斷，為降碳插上智能化的“翅膀”；創新操作法，通過優化豎爐頂溫，逐步增加工藝氣流量，加快排料速度等措施，降低氣體消耗。今年8月份，張宣科技氫冶金示范工程焦爐煤氣、氮氣消耗環比分別降低14.9%和12.7%。
張宣科技還對氫冶金豎爐反應器進行了優化設計，預留了“綠氫”切換功能，無需大規模改造即可直接開展切換為更高比例富氫還原氣、純氫，并將之作為還原氣的工業試驗，為實現100%“綠氫”豎爐直接還原提供了有利條件。
“氫冶金這項更加綠色、更具低碳發展潛力的技術路線必將成為行業頭部企業的選擇。”張宣科技技術中心常務副主任楊永強說。
