鞍鋼集團(tuán)
1 制氫技術(shù)的突破為氫時(shí)代提供豐厚的氫資源，助力氫時(shí)代創(chuàng)新成果爆發(fā)式涌現(xiàn)，氫能煉鐵未來(lái)將顛覆鋼鐵工業(yè)。
為最近報(bào)道的兩項(xiàng)制氫技術(shù)點(diǎn)贊：1、瑞典的HYBRE名為;“突破性氫能煉鐵技術(shù)”旨在用可再生電力生產(chǎn)氫，如果順利將在2035年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化;2、中國(guó)寶武集團(tuán)與中核集團(tuán)、清華大學(xué)簽訂核能制氫合作協(xié)議。以上兩項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目共同目的是用不同的制氫方法為氫時(shí)代的發(fā)展提供大量的廉價(jià)氫資源。兩個(gè)項(xiàng)目的共同特點(diǎn)是以水為原料生產(chǎn)純氫，產(chǎn)品中不含碳，后續(xù)應(yīng)用過(guò)程中CO2排放為0，排放物是水。這是低碳生產(chǎn)、低碳生活共同需求。我們期盼兩項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)早日成功，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
制氫技術(shù)與氫能冶金是兩個(gè)不同的跨界技術(shù)，制氫技術(shù)提供了氫能來(lái)源，而氫能冶金是將氫能應(yīng)用在冶金工業(yè)中的技術(shù)。應(yīng)該指出制氫技術(shù)為氫能冶金奠定了重要的原料基礎(chǔ)。
氫能煉鐵發(fā)展歷史已過(guò)百年，其核心技術(shù)為直接還原煉鐵技術(shù)。該技術(shù)的發(fā)展已趨于成熟，據(jù)了解單模塊直接還原鐵裝置的生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)250萬(wàn)噸/年(美國(guó)NURCO鋼鐵廠)，這為全氫煉鐵、氫能煉鐵奠定裝備基礎(chǔ)。由此說(shuō)，發(fā)展氫能煉鐵必須與直接還原煉鐵技術(shù)相結(jié)合，而我國(guó)發(fā)展直接還原煉鐵又必須與我國(guó)的氫資源條件相結(jié)合。
當(dāng)下，我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)中，產(chǎn)生大量的焦?fàn)t煤氣，煤氣中含有60%H2是氫能煉鐵理想的氫資源，是優(yōu)于天然氣，煤制氣制氫等的最佳的氫資源。用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是推動(dòng)氫時(shí)代發(fā)展最現(xiàn)實(shí)，最接地氣的發(fā)展模式。
2 我國(guó)發(fā)展氫能煉鐵可行性研究
2.1 我國(guó)各大院校早在上世紀(jì)60-70年代，就已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)直接還原煉鐵技術(shù)，為直接還原鐵技術(shù)開(kāi)發(fā)積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，后因我國(guó)天然氣短缺而停步，失去了發(fā)展的良機(jī)。各大鋼鐵企業(yè)重視直接還原鐵的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，如首鋼率先完成年產(chǎn)50萬(wàn)噸直接還原鐵裝置的可行性研究報(bào)告。特別應(yīng)該提及是山西太行礦業(yè)有限公司已經(jīng)完成全部科學(xué)試驗(yàn)、工業(yè)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造，正在緊張施工，預(yù)計(jì)在今年8月份，年產(chǎn)30萬(wàn)噸直接還原鐵廠即將投產(chǎn)(用焦?fàn)t煤氣制氫)。該裝置投產(chǎn)后將成為我國(guó)第一套用焦?fàn)t煤氣氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的工業(yè)裝置，引領(lǐng)我國(guó)直接還原工業(yè)的新發(fā)展。
2.2 焦?fàn)t煤氣制氫用于合成氨屬我國(guó)首創(chuàng)。早在1976年，本溪化肥廠開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、半工業(yè)性試驗(yàn)，1979年獲得成功并在當(dāng)年建成年產(chǎn)18萬(wàn)噸尿素化肥廠，該廠目前仍然正常生產(chǎn)。由此不難看出，焦?fàn)t煤氣制氫技術(shù)經(jīng)40年工業(yè)實(shí)踐證明該技術(shù)是先進(jìn)的、成熟的。該技術(shù)用于直接還原鐵的制氫、轉(zhuǎn)化、重整部分是最佳的選擇，采用國(guó)內(nèi)技術(shù)和裝備可以大大降低直接還原鐵裝置的建設(shè)投資。
2.3 我國(guó)鋼鐵流程由于歷史原因和煤資源的稟賦而形成長(zhǎng)流程(BF-BOF)占99%，短流程(DR-EAF) 趨于0%，這樣的鋼鐵流程結(jié)構(gòu)應(yīng)該加以改變。但長(zhǎng)流程的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的、高化學(xué)能的焦?fàn)t煤氣，為氫能煉鐵提供充足的氫源，從而推動(dòng)我國(guó)鋼鐵流程的再造，顛覆式發(fā)展中國(guó)直接還原電爐煉鋼短流程工藝。
2.4 中國(guó)的鋼鐵工業(yè)要向高質(zhì)量、綠色鋼鐵方向發(fā)展。需要強(qiáng)調(diào)的是直接還原煉鐵就是氫能煉鐵，生產(chǎn)的鐵不與焦炭接觸，為純凈鐵(含S、P 在0.002以下)，適合在電爐中煉純凈鋼，可推動(dòng)直接還原電爐煉鋼短流程的發(fā)展，催生純凈鋼、高質(zhì)量鋼材、高附加值鋼材的生產(chǎn)構(gòu)建。
2.5 據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，長(zhǎng)流程鋼鐵工藝(高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼)噸鋼CO2排放量為1600kg，短流程(直接還原-電爐煉鋼)噸鋼CO2排放量800kg。因?yàn)闅淠軣掕F其化學(xué)反應(yīng)式為Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O，氫能煉鐵最終產(chǎn)物是鐵和水，無(wú)CO2排放，可推動(dòng)無(wú)碳煉鐵或低碳煉鐵的發(fā)展。
綜上所述，氫能煉鐵是保持中國(guó)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量、綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
3 氫能煉鐵或直接還原煉鐵設(shè)計(jì)革命
早在1990年，Tanova-HYL公司，在半工業(yè)裝置上曾進(jìn)行過(guò)90%H2的直接還原煉鐵工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，新工藝的優(yōu)勢(shì)十分顯著。新工藝與核能制氫、HYBRET制氫技術(shù)相對(duì)接，將顛覆鋼鐵工業(yè)。
3.1 全氫直接還原工藝流程圖：
說(shuō)明：
a 該流程中還原性氣體中H2含量達(dá)90%以上，可大幅度降低DRI能耗50%。
b 原料氣加熱重整過(guò)程產(chǎn)生的CO2，進(jìn)行重整或回收，CO2不外排。
c 原料氣經(jīng)加熱后噴入純氧，提高溫度到1000-1050度，提高DRI質(zhì)量(金屬化率達(dá)94-96以上)，并生產(chǎn)高碳DRI(含碳為4-6%)。
d 頂氣的一部分作為加熱器的燃料保持循環(huán)氣體成分的平衡。
3.2 傳統(tǒng)流程氫增幅工藝流程圖
說(shuō)明;
a 用天然氣為原料的傳統(tǒng)還原工藝中，還原性氣體中含H2只能達(dá)到55-60%左右，為提高工藝效能向原料中加入純氫或焦?fàn)t煤氣，使原料氣中含氫量增加，可提高還原工藝效能。降低DRI能耗。
b 焦?fàn)t煤氣中含氫60%以上，合理加入原料氣中，保持氫含量的增加，降低DRI能耗。
c 在原料系統(tǒng)中增設(shè)增濕器，噴入水蒸汽，經(jīng)加熱后送入還原塔中，在純鐵催化作用下，發(fā)生水煤氣反應(yīng)，生成H2+CO，見(jiàn)反應(yīng)式;C H4+ H2O=CO+3 H2。
d 在循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有CO2回收裝置，選擇性回收CO2，或純CO2商業(yè)出售。
3.3 對(duì)新設(shè)計(jì)工藝流程的工藝效能剖析
A圖：
A圖表明;
含H255%，DRI能耗為3.5GJ/ tDRI
含H2100%，CDRI能耗;1.4GJ / tDRI
HDRI能耗;1.0GJ / tDRI
B圖：
B圖表明;
DRI-EAF流程中;最高CO2排放量為，1200kg/tDRI。
當(dāng)氫增幅到80-90%，CO2排放量可降到 400kg/tDRI。
4 結(jié)論
