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(fā)展、高水平科技自立自強之路，張宣科技實現(xiàn)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(yè)實現(xiàn)高質量發(fā)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(jié)，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(qū)的專家學者、科研人員齊聚一堂，實地考察以氫作為大工業(yè)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(yè)綠色低碳發(fā)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(chuàng)新元素，氫冶金作為低碳冶金的革命性創(chuàng)新技術，在行業(yè)未來發(fā)展中將大有作為。”世界鋼鐵發(fā)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(wěn)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(yè)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(lián)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(fā)建設中總結提煉的實質性創(chuàng)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(qū)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(xiàn)循環(huán)利用，可以實現(xiàn)降碳40%以上的目標。“全氧富氫低碳還原熔化煉鐵系統(tǒng)及煉鐵方法”也獲得了國家發(fā)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(yōu)勢，積極參與氫冶金標準聯(lián)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(chuàng)新研究成果，成功實施PMC粉球團工業(yè)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(lián)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(xié)同攻關，以氫能與碳中和產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為核心，加強低碳、清潔能源轉化應用技術的開發(fā)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(chuàng)微晶系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進行碳捕集，并通過脫水、加壓等工藝，精制成工業(yè)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(chuàng)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(yè)轉變能源結構、實現(xiàn)工藝革命提供了全新路徑、創(chuàng)造了全新場景，吸引了眾多國際頭部企業(yè)到現(xiàn)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(yè)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(fā)綠色潛力
置身張宣科技氫冶金項目現(xiàn)場，只見傳統(tǒng)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(xiàn)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(yè)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(yè)區(qū)作業(yè)長呂志敏對《中國冶金報》記者說。
與傳統(tǒng)工藝相比，氫冶金以氫代碳，帶來的是冶金工業(yè)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(yōu)勢：與同等生產規(guī)模的傳統(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)，將產線克隆到云端，對壓縮機、豎爐等設備進行在線監(jiān)測、智能診斷，為降碳插上智能化的“翅膀”；創(chuàng)新操作法，通過優(yōu)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(huán)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(yōu)化設計，預留了“綠氫”切換功能，無需大規(guī)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(yè)試驗，為實現(xiàn)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(fā)展?jié)摿Φ募夹g路線必將成為行業(yè)頭部企業(yè)的選擇。”張宣科技技術中心常務副主任楊永強說。
