丰收年|临沂政府官宣首条纯氢冶金中试线，国内氢冶金进展几何？

氢云链 · 公众号 · · 2024-11-29 20:02

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除了先导应用的汽车之外，国内企业在持续探索氢能场景。2024年两轮车、轨道车等在市场环节取得突破，氢冶金等则在技术环节取得亮眼成果。

11月29日临沂市人民政府新闻办公室召开新闻发布会，介绍该市新能源发展相关情况时表示，世界首条纯氢冶金中试线在临沂成功运行。这也是政府部门对于氢冶金的正式认可。

今年可谓氢冶金的丰收年，除了临沂项目外，河钢集团张宣科技、湛江钢铁、中国钢研等一系列氢冶金项目都取得了重大突破。这对于中国钢铁工业探索零碳绿色转型，对于国内氢能产业快速扩大应用场景与应用规模，都有着重要意义。

临沂纯氢冶金项目回顾

临沂纯氢冶金技术开发项目，是中国钢研负责的纯氢竖炉直接还原铁项目，属于中国完全自主知识产权的氢冶金项目，由钢研自主设计，自主建设，自主运行的年产5万吨中试示范项目，并拥有50万吨/年的设计能力。

作为对比，鞍钢鲅鱼圈万吨级绿氢氢冶金项目为 流化床 氢气炼铁工程示范，建龙集团内蒙古赛思普项目则运用 氢基熔融还原新工艺。 河钢集团张宣科技120万吨氢冶金示范工程、湛江钢铁百万吨级氢冶金示范工程则同样为竖炉。

总历时39个月。 项目从2021年4月正式签约，到2024年1月项目投产首次试运行达成金属化率93%的初级目标，4月完成第二次生产运行实现金属化率在96.7%~99.2%控制范围的稳态运行，到7月底完成验收，共历三年零3个月时间。在10月，该项目还进行了全球首次基于纯氢冶金的钒钛磁铁矿工业化高效分离技术试验并取得成功。

图1 临沂氢冶金示范工程验收

来源：中国钢研

降碳幅度86%，未涉及绿氢制备。 该项目主要解决 全氢气基竖炉直接还原铁生产，即炼铁工序的相关工艺，此外还采用直接采取氢气电加热方式替代了燃烧燃料加热方式。 目前项目氢源为临沂当地石化制全氢，高位球团为外协单位提供；对于铁前工序如电解水制氢，高品位球团生产，还有后项电炉冶炼目前项目中暂未涉及。 项目方自述的项目工艺较基准状态降碳幅度为86%。

作为对比，鞍钢流化床氢冶金项目也缺少电解水制氢环节，但河钢张宣科技竖炉项目则采用了张家口的风光电所制绿氢。

自主研发6大装备和突破十大核心技术。 项目首次建成了具有完全自主知识产权纯氢竖炉示范工程，打通了从纯氢还原到高纯铁制备的全流程工艺，开发了纯氢分体式竖炉、松料及排料装置、氢气高温电加热器等6套核心装备，突破了氢气高温加热、传动结合部位动态密封、循环加热及冷却气自调节等十大核心技术，一举突破了氢气高温加热、冷却气余热全效利用、多维度松料、多梯度氢气喷吹等瓶颈问题。

图2 临沂氢冶金示范工程

来源：中国钢研

氢冶金大年，中国钢铁迈向零碳

2024年可谓氢冶金的收获大年。国内多年以来对氢冶金的持续探索，在今年开始了收获，在临沂纯氢冶金之外，多个项目也取得了突破性的进展。

3月29日， 全球首例“氢基竖炉—近零碳排电弧炉”新型短流程项目在河钢集团张宣科技正式启动实施 。项目的实施有效填补国内钢铁工业面向碳中和目标的工艺路径空白。

8月22日， 湛江钢铁国内首套百万吨级氢基竖炉实现168小时连续满负荷生产，顺利通过周达产功能考核 ，并成功验证了高氢（70%氢气含量）冶炼条件。该系统可同时使用焦炉煤气、天然气、氢气作为原料气，比例可灵活调整，具备从富氢、高氢至全氢还原的试验条件。

9月9日， 河钢集团张宣科技全球首例120万吨氢冶金示范工程成功应用绿氢作为还原气实现稳定生产，产品合格率百分百 ，金属化率超94％，验证了“绿电—绿氢—绿钢”生产的技术可行性，丰富了氢冶金的原料气源。

图3 张宣科技全球首例氢冶金示范工程

来源：中国冶金报

随着氢冶金技术链条逐渐打通， 国内氢冶金项目、钢铁企业与氢能企业的合作也逐渐增加。

10月，中氢冶控（成都）科技有限公司回转窑绿氢冶金中试基地项目获四川省经济和信息化厅批准。该项目为四川省首个回转窑绿氢冶金项目。

8月29日，建龙集团旗下山西建龙钢铁有限公司控股子公司内蒙古赛思普科技有限公司60万吨/年氢基熔融还原法高纯铸造生铁技改升级项目备案获批。该项目在30万吨/年熔融还原法高纯铸造生铁中试项目的基础上进行技改升级，技术升级改造后，最高年产能可达60万吨/年。

7月4日，宝武清能与卧龙英耐德签署合作框架协议，进一步深化双方在风光制氢、氢冶金、清洁能源（含绿氨）生产服务、节能降碳等领域的战略合作。

氢冶金的相关标准与政策也逐渐在路上。

11月21日，国家工信部公示了2024年度工业节能与绿色标准研究项目，《氢基竖炉直接还原用球团》《焦炉煤气制取氢气技术规范》《炼钢用氢基竖炉直接还原铁》《氢冶金高炉富氢冶炼技术标准》等四项钢铁行业氢能利用标准在列。

氢冶金难点：氢价格+氢安全

氢能源与钢铁产业的合作是双赢的结果：氢能源帮助钢铁企业节能减排、延伸业务、完成转型，钢铁企业为氢能源提供了更多的落地应用，促进其发展。氢能源和钢铁工业是一个互相促进的产业组合。

按照中联钢报道，预计2050年氢冶金炼铁全部粗钢的产量的40-50%；年产250万吨纯氢直接还原铁项目还原环节用氢量为每年16万吨，那么按此计算2050年氢冶金占比达到50%的话，年用氢量将达到2000万吨。

更直观的数据：生产一吨钢需要300MW电解槽24小时不间断生产氢气才能供应。

然而，氢冶金的概念无论在理论还是实践都还处于起步阶段，目前仍然面临重重困难，核心难题在于绿氢经济性和安全规模化用氢问题——都是氢能领域而非钢铁领域的难题。

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