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通讯员魏清源记者李巍报道
编者按
从2021年9月末河钢宣钢钢铁产能全部关停开始，这家百年钢厂以张宣科技的新形象快速崛起，全面进入转型升级期。两年时间，在这家原为河钢宣钢的厂址上，崛起了一座科技之城。通过持之以恒走绿色低碳发展、高水平科技自立自强之路，张宣科技实现了华丽蝶变，转型成为世界氢冶金的先行者、特钢新材料的引领者，为钢铁行业实现高质量发展提供了有益借鉴。《中国冶金报》今日聚焦张宣科技全球首例120万吨氢冶金示范工程的出世轨迹，探寻其在氢冶金新赛道上的磅礴动能。
初秋时节，冬奥之城崇礼再次吸引了世界目光。9月5日—9月7日，由河钢集团和中国金属学会共同主办的2023年氢冶金国际研讨会召开，来自12个国家和地区的专家学者、科研人员齐聚一堂，实地考察以氢作为大工业生产能源应用的第一例——河钢全球首例120万吨氢冶金示范工程，共同探讨世界钢铁工业绿色低碳发展的技术应用与推广路径。
“未来，钢铁将承载着低碳、绿色、智能等多种创新元素，氢冶金作为低碳冶金的革命性创新技术，在行业未来发展中将大有作为。”世界钢铁发展研究院院长，河钢集团党委书记、董事长于勇表示。
技高一筹，推动工艺变革
不久前，河钢集团张宣科技传出消息称，全球首例氢冶金示范工程绿色DRI（直接还原铁）产品日产量达到1617吨，趋于满负荷生产，DRI产品金属化率提升至94%以上。
“我们要充分利用全氧富氢低碳还原工艺，在保证氢基竖炉长周期稳定顺行的基础上，进一步提高绿色DRI产品质量。”张宣科技氢冶金公司总经理路鹏这样叮嘱企业技术骨干。
路鹏提到的这项还原工艺技术，恰是由河钢、东北大学、张宣科技联合在全球首例富氢气体（焦炉煤气）零重整竖炉直接还原氢冶金示范工程研发建设中总结提炼的实质性创新成果，可大幅降低炼铁生产中碳的使用量和二氧化碳排放量。通过设计相应的炉型及工艺，间接还原区金属化率可以达到85%～95%；采用全氧使自身反应器还原产生的煤气实现循环利用，可以实现降碳40%以上的目标。“全氧富氢低碳还原熔化炼铁系统及炼铁方法”也获得了国家发明专利授权。
在技术的加持下，张宣科技领跑氢冶金新赛道。
一方面，张宣科技借助平台优势，积极参与氢冶金标准联合工作组工作，帮助建立科学的氢冶金标准体系；基于东北大学创新研究成果，成功实施PMC粉球团工业生产试验，高品质多参数耦合球团矿抗压强度、粒级、品位均100%合格；与河钢、东北大学联合共建河北省氢冶金低碳技术重点实验室，定位于氢基竖炉、富氢喷吹和新工艺流程方面的基础研究与中试实验，将形成一批氢冶金绿色低碳冶炼方面的共性和专有核心技术；与西安交通大学协同攻关，以氢能与碳中和产业创新发展为核心，加强低碳、清洁能源转化应用技术的开发合作。
另一方面，张宣科技积极开展自主技术攻关，在国内首创微晶系统深度脱萘工艺技术，在充分吸附焦炉煤气硫的基础上，降低气体中有害成分萘的含量，使萘从传统焦化吸附处理后的200毫克/立方米～300毫克/立方米降至5毫克/立方米，为氢冶金示范工程提供了洁净气源；充分利用CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）系统进行碳捕集，并通过脱水、加压等工艺，精制成工业级液体二氧化碳和食品级液体二氧化碳，年生产二氧化碳副产品约6万吨；结合氢基DRI产品特性，创新采用氮气密封工艺技术，同时设计筒仓石梯，有力保证了绿色DRI产品质量；成功实施氢基DRI粉矿压块实验，提高了DRI产品的综合利用率。
张宣科技氢冶金示范工程技高一筹，为钢铁行业转变能源结构、实现工艺革命提供了全新路径、创造了全新场景，吸引了众多国际头部企业到现场考察。截至目前，张宣科技已申请氢冶金相关专利44项，启动编制行业标准7项。
以氢代碳，激发绿色潜力
置身张宣科技氢冶金项目现场，只见传统高炉被氢基竖炉取代，映入眼帘的是一个个银白色的反应罐，以及密布的管道和阀门、仪表，现代化科技工厂的氛围感十足。
“这些反应罐和管道内流通的是焦炉煤气，焦炉煤气本身含有55%～65%的氢气，可直接利用，还有15%的甲烷可分解为氢气和一氧化碳二次利用，最终还原气体中的氢碳比可以达到8∶1以上，是目前工业化生产中含氢比例最高的气基竖炉直接还原工艺。”张宣科技氢冶金作业区作业长吕志敏对《中国冶金报》记者说。
与传统工艺相比，氢冶金以氢代碳，带来的是冶金工业能源结构、工艺结构的示范性、关键性、颠覆性变革。“高炉炼铁是把铁矿石和焦炭一起加入高炉，利用焦炭在燃烧过程中产生的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来，排放的是二氧化碳。而氢冶金以氢气为燃料和还原剂，氢气与铁矿石在高温高压下直接还原得到金属铁，排放的是水蒸气，从源头上解决了碳排放问题。”张宣科技技术中心副主任李洋将两种工艺进行了对比。
一组亮眼数据彰显了张宣科技氢冶金示范项目的减排优势：与同等生产规模的传统高炉+转炉长流程工艺相比，张宣科技氢冶金示范项目每年可分别减少二氧化碳70%、二氧化硫30%、氮氧化物70%、粉尘颗粒排放量80%以上；每年减少碳排放80万吨，相当于塞罕坝林场1年的固碳量。
张宣科技还成立了氢冶金技术开发部，进一步完善氢冶金技术路线和工艺方案，推动氢冶金项目实现近零碳生产，达到世界领先水平；采用“数字孪生”技术建立氢冶金智能控制系统，将产线克隆到云端，对压缩机、竖炉等设备进行在线监测、智能诊断，为降碳插上智能化的“翅膀”；创新操作法，通过优化竖炉顶温，逐步增加工艺气流量，加快排料速度等措施，降低气体消耗。今年8月份，张宣科技氢冶金示范工程焦炉煤气、氮气消耗环比分别降低14.9%和12.7%。
张宣科技还对氢冶金竖炉反应器进行了优化设计，预留了“绿氢”切换功能，无需大规模改造即可直接开展切换为更高比例富氢还原气、纯氢，并将之作为还原气的工业试验，为实现100%“绿氢”竖炉直接还原提供了有利条件。
“氢冶金这项更加绿色、更具低碳发展潜力的技术路线必将成为行业头部企业的选择。”张宣科技技术中心常务副主任杨永强说。
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