編者按

　　隨著二氧化碳減排壓力的增大，氫氣還原技術受到了越來越多的重視，迎來了蓬勃發展的機會。在“氫能煉鋼”方麵，近年來

，國外鋼鐵企業已經進行了一係列探索，取得了一定的進展。尤其是瑞典鋼鐵HYBRIT（突破性氫能煉鐵技術）項目將使鋼鐵生產過程中的二氧化碳排放量降至近乎於零，有望引發鋼鐵行業的一場變革。

　　本版將聚焦當前世界先進的氫能利用項目及技術
，分上、下(xia)兩(liang)期(qi)進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)剖(pou)析(xi)
，旨(zhi)在(zai)為(wei)中(zhong)國(guo)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)應(ying)對(dui)氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)挑(tiao)戰(zhan)提(ti)供(gong)思(si)路(lu)，增(zeng)強(qiang)鋼(gang)鐵(tie)人(ren)實(shi)現(xian)綠(lv)色(se)發(fa)展(zhan)的(de)信(xin)心(xin)。本(ben)期(qi)將(jiang)介(jie)紹(shao)由(you)瑞(rui)典(dian)鋼(gang)鐵(tie)公(gong)司(si)發(fa)起(qi)的(de)HYBRIT項目、由德國薩爾茨吉特鋼鐵公司發起的SALCOS（薩爾茨吉特低碳煉鋼）項目和由奧鋼聯發起的H2FUTURE項目，下期將對以前述3個項目為代表的歐洲鋼企氫能利用項目的技術路徑與特點進行詳細分析
，並對日本和中國的相關項目發展情況進行概述。

　　康斌

　　麵對《巴黎協定》到2030年和2040年二氧化碳排放量相對1990年分別減排40%和60%的de目mu標biao，歐ou洲zhou鋼gang企qi尤you其qi是shi長chang流liu程cheng鋼gang企qi如ru何he降jiang低di二er氧yang化hua碳tan排pai放fang強qiang度du成cheng為wei亟ji待dai解jie決jue的de問wen題ti。鋼gang企qi需xu要yao從cong碳tan輸shu入ru層ceng麵mian減jian少shao鋼gang鐵tie生sheng產chan過guo程cheng中zhong的de碳tan使shi用yong量liang（甚至不用碳），在這方麵
，HYBRIT項目


、SALCOS項目和H2FUTURE項目等都是有益的探索。

　　瑞典鋼鐵HYBRIT項目

　　當前，瑞典鋼鐵公司（SSAB）二氧化碳排放量為600萬噸/年，其2025年的減排目標是減少25%，計劃在2045年前實現近零排放。瑞典最大的電力與熱力供應商——瑞典大瀑布電力公司（Vattenfall）當前的二氧化碳排放量為2300萬噸/年
，目標是在2030年實現近零排放。瑞典礦業集團（LKAB）計劃到2021年噸礦二氧化碳排放量相比2015年下降12%
，達到27.4千克。基於上述3家企業大幅降低碳排放的要求
，2016年，SSAB、Vattenfall和LKAB聯合成立了HYBRIT項目。按照HYBRIT項目計劃，2016年~2017年為項目預研階段，主要工作內容包括評估非化石能源冶煉的潛力，以及二氧化碳的捕集、存儲和利用等。

　　2018年初公布的研究結果表明：按照2017年底的電力
、焦炭價格和二氧化碳排放交易價格
，HYBRIT項目采用的氫冶金工藝成本比傳統高爐冶煉工藝高20%~30%。SSAB采用長流程工藝的噸鋼二氧化碳排放量為1600千克（歐洲其他國家的水平約為2000千克~2100千克），電力消耗為5385千瓦時；采用HYBRIT工藝的噸鋼二氧化碳排放量僅為25千克，電力消耗為4051千瓦時。

　　該項目的中試研究階段為2018年~2024年
，示範運行階段為2025年~2035年。在為期10年的示範運行階段主要進行運行測試，以確保到2035年實現商業化運行。

　　HYBRIT項目的工藝流程如圖1所示，基本思路是：在高爐生產過程中用氫氣取代傳統工藝的煤和焦炭（氫氣由清潔能源發電產生的電力電解水產生）
，氫氣在較低的溫度下對球團礦進行直接還原
，產生海綿鐵（直接還原鐵）
，並從爐頂排出水蒸氣和多餘的氫氣，水蒸氣在冷凝和洗滌後實現循環使用。

　　HYBRIT項目的研究任務包括：研究可再生能源發電及其對電力係統的影響，尋找有效的可再生能源用於發電，為非化石能源冶煉提供能源，同時降低製氫成本；建設製氫與存儲工藝及相關裝備，為HYBRIT工藝提供低成本、可靠穩定的氫氣，並進行氫氣產業鏈布局
；研究氫基直接還原煉鐵工藝；研究配套煉鋼工藝；研究係統集成、過渡路徑和政策等。

　　薩爾茨吉特SALCOS項目

　　2019年4月份

，在漢諾威工業博覽會上，德國薩爾茨吉特鋼鐵公司（以下簡稱薩爾茨吉特）與Tenova公司（一家為金屬上下遊行業提供節能降耗技術解決方案的公司）簽署了一份諒解備忘錄，旨在繼續推進以氫氣為還原劑煉鐵
，從而減少二氧化碳排放的SALCOS項目。

　　SALCOS項目旨在對原有的高爐-轉爐煉鋼工藝路線進行逐步改造


，把以高爐為基礎的碳密集型煉鋼工藝逐步轉變為直接還原煉鐵-電弧爐工藝路線，同時實現富餘氫氣的多用途利用。SALCOS項目工藝設想如圖2所示。

　　為實施SALCOS項目，薩爾茨吉特先期策劃實施了薩爾茨吉特風電製氫項目（Wind H2），xiangmusilushicaiyongfenglifadian，dianjieshuizhiqingheyang
，zaijiangqingqishusonggeilengzhagongxuzuoweihaiyuanxingqiti，jiangyangqishusonggeigaolushiyong。fenglifadianshiyufenglifadiangongyingshanghezuo，jianshe7台總發電能力為30兆瓦的風力發電機，其中3台在薩爾茨吉特的某個廠內。根據項目計劃
，第一步是建設質子交換膜電解槽，電解製氫能力為400標準立方米/小時，蒸餾水來自於鋼廠水淨化設施；第二步是將風力發電場電力輸送到電解水工廠。風力發電、製氫工廠建設投資總額約為5000萬歐元，製氫工廠將在2020年投用，在此基礎上再研究利用其他清潔能源發電。在這一項目中
，林德（Linde）公司負責氫氣運輸，運輸方式主要以汽車儲氣罐運輸為主。

　　薩爾茨吉特於2016年4月份正式啟動了GrInHy1.0（Green Industrial Hydrogen，綠色工業製氫）項目

，采用可逆式固體氧化物電解工藝生產氫氣和氧氣，並將多餘的氫氣儲存起來。當風能（或其他可再生能源）波動時，電解槽轉變成燃料電池，向電網供電，平衡電力需求。2017年5月份，該係統安裝了1500組固體氧化物電解槽，於2018年1月份完成了係統工業化環境運行
，2019年1月份完成了連續2000個小時的係統測試。今年2月份，GrInHy1.0項目完成。

　　2019年1月份，薩爾茨吉特開展了GrInHy2.0項目。GrInHy2.0項xiang目mu的de顯xian著zhu特te點dian是shi通tong過guo鋼gang企qi產chan生sheng的de餘yu熱re資zi源yuan生sheng產chan水shui蒸zheng氣qi，用yong水shui蒸zheng氣qi與yu綠lv色se再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian，然ran後hou采cai用yong高gao溫wen電dian解jie水shui法fa生sheng產chan氫qing氣qi。氫qing氣qi既ji可ke用yong於yu直zhi接jie還hai原yuan鐵tie生sheng產chan
，也ye可ke用yong於yu鋼gang鐵tie生sheng產chan的de後hou道dao工gong序xu，如ru作zuo為wei冷leng軋zha退tui火huo的de還hai原yuan氣qi體ti。GrInHy2.0項目設想如圖3所示。

　　GrInHy2.0項目重點設備及環節：

　　高溫電解槽：GrInHy2.0項目將首次在工業環境中采用標稱輸入功率為720千瓦的高溫電解槽。其目標是連續不間斷運行7000小時，電解效率達到80%以上。同時，當可再生能源不足時，平時存儲的氫氣可將高溫電解槽作為固體氧化物燃料電池用於發電。預計到2022年底
，該高溫電解槽將至少運行13000小時，總共產生約100噸的高純度（99.98%）氫氣。

　　為此

，薩爾茨吉特將與德國Sunfire公司共同建設和運營世界上最大的高溫電解槽
，其中德國Sunfire公司將提供水蒸氣或高溫
、電解核心元素相關技術設備，用於電解水生產氫氣。

　　氫氣壓縮與幹燥裝置：由Paul Wurth公司提供。

　　氫氣運輸：薩爾茨吉特Flachstahl廠將負責將氫氣輸送到工廠內部的能源使用網絡。

　　奧鋼聯H2FUTURE項目

　　2017年初，由奧鋼聯發起的H2FUTURE項目旨在通過研發突破性的氫氣替代焦炭冶煉技術，降低鋼鐵生產過程中的二氧化碳排放
，最終目標是到2050年減少80%的二氧化碳排放。圖4顯示了H2FUTURE項目的氫能產業鏈。

　　H2FUTURE項目的成員單位包括奧鋼聯、西門子、Verbund（奧地利領先的電力供應商，也是歐洲最大的水力發電商）公司、奧地利電網（APG）公司、奧地利K1-MET（冶金能力中心Metallurgical Competence Center）中心組等。

　　該(gai)項(xiang)目(mu)將(jiang)建(jian)設(she)世(shi)界(jie)最(zui)大(da)的(de)氫(qing)還(hai)原(yuan)中(zhong)試(shi)工(gong)廠(chang)。西(xi)門(men)子(zi)公(gong)司(si)是(shi)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)電(dian)解(jie)槽(cao)的(de)技(ji)術(shu)提(ti)供(gong)方(fang)，將(jiang)為(wei)奧(ao)鋼(gang)聯(lian)位(wei)於(yu)奧(ao)地(di)利(li)林(lin)茨(ci)市(shi)的(de)工(gong)廠(chang)提(ti)供(gong)電(dian)解(jie)能(neng)力(li)為(wei)6兆瓦的電解槽，氫氣產量為1200立方米/小時
，電解水產氫效率目標為80%以上；Verbund公司作為項目協調方，將利用可再生能源發電

，同時提供電網相關服務
；奧地利電網公司的主要任務是確保電力平衡供應
，保障電網頻率穩定；奧地利K1-MET中zhong心xin組zu將jiang負fu責ze研yan發fa鋼gang鐵tie生sheng產chan過guo程cheng中zhong氫qing氣qi可ke替ti代dai碳tan或huo碳tan基ji能neng源yuan的de工gong序xu，定ding量liang對dui比bi研yan究jiu電dian解jie槽cao係xi統tong與yu其qi他ta方fang案an在zai鋼gang鐵tie行xing業ye應ying用yong的de技ji術shu可ke行xing性xing和he經jing濟ji性xing
，同tong時shi研yan究jiu該gai項xiang目mu在zai歐ou洲zhou甚shen至zhi是shi全quan球qiu鋼gang鐵tie行xing業ye的de可ke複fu製zhi性xing和he大da規gui模mo應ying用yong的de潛qian力li。

　　《中國冶金報》（2019年07月19日 02版二版）