当前，传统的钢铁生产正在进行着一场低碳转型的变革。这场变革有望重塑钢铁生产工艺流程。随着世界迈向更绿色的未来，曾经严重依赖化石燃料的钢铁厂现在正转向使用更为清洁的能源。进而，我们可以预见氢冶金将是开启可持续铁生产新时代的钥匙。

今天，由特诺恩和达涅利联合开发的ENERGIRON^®技术将为我们开启绿色可持续钢铁生产的新篇章。在这里，创新与传统交汇，新的钢铁生产工艺流程正在被塑造。

河钢集团旗下的河北张宣高科科技有限公司（以下简称“张宣科技”）也是利用氢能大幅减少二氧化碳排放的先锋，并成为了世界上第一个在工业规模上使用焦炉煤气（COG）生产直接还原铁（DRI）的钢铁企业。该工艺中还原混合气氢气的含量超过60%。

项目成就

该项目是世界上第一套以富氢焦炉煤气为还原气的大型化直接还原工厂，为从碳基高炉+转炉工艺向气基直接还原和电炉炼钢的过渡铺平了道路，标志着中国钢铁行业在绿色钢铁制造方面迈上了一个新台阶。

张宣科技的工厂每生产一吨直接还原铁的二氧化碳排放量降至250公斤，一举成为世界上最低碳的直接还原铁工厂。张宣科技表示，使用这一新的技术后，每年可降低80万吨二氧化碳排放量。

此外，使用二氧化碳脱除装置也可以选择性地回收二氧化碳。因此，生产每吨直接还原铁的二氧化碳净排放量大约可降至125公斤。

焦炉煤气的利用

ENERGIRON^® ZR零重整工艺是一项专有技术，可以无限制地使用100%焦炉煤气。

在采用该工艺时，先将焦炉煤气引至还原塔下锥段，在高温条件下与高温固体物料接触时，焦炉煤气中有害成分会在锥段中裂解破坏。

焦炉煤气含有BTX（苯、甲苯和二甲苯）等芳香族化合物，而裂解过程可降低焦炉煤气中BTX化合物的含量。经过这种处理，净化后的焦炉煤气将输送至还原回路。

张宣科技生产的焦炉煤气中氢含量约为60%，因此非常适合生产低碳钢炼钢原料。这些直接还原铁可用于后续的电弧炉（EAF）炼钢，从而生产低碳的钢铁产品以满足下游客户（如：汽车、新能源）的需求。

此外，ENERGIRON^®工艺的优势在于可以选择性地脱除还原反应过程中产生的二氧化碳，并将其用于商业用途。这种选择性的二氧化碳脱除进一步减少了碳足迹。ENERGIRON^®工艺产生的总二氧化碳排放量中约有50%可以被捕获并用于其他行业或在市场上出售。张宣科技的产线在采用ENERGIRON^® ZR零重整技术后，大幅降低运营成本，其优势如下：

• ENERGIRON^® ZR零重整方案（无外部重整炉）可实现最高的焦炉煤气利用效率；

• 由于竖炉中气体流速低，气体流速低（竖炉中的粉尘损失小），因此每吨直接还原铁的球团矿消耗≤1.42t；

• 因为竖炉运行压力高，从而优化了压缩机电耗（电耗与气体流速成平方比例关系）。

工厂特征

该工厂运行平稳，稳定小时产能约为60-64t/h，金属化率为94-95%（峰值：96%），碳含量为3%。

使用以球团矿为原料的直接还原铁（含铁品位为66.9%）。直接还原铁的生产和质量稳定，每天可生产1500-1600吨优质直接还原铁。

ENERGIRON^®技术中的用氢经验

在ENERGIRON^®技术中使用氢气并非创新，因为在以天然气为进料的竖炉中，氢气也是主要的还原剂。

零重整设备可直接在竖炉内发生重整反应，生成含有约55%氢气的工艺气体。当天然气中的重烃含量较高时，有必要采用ENERGIRON® III外部重整技术。

ENERGIRON^® III技术结合了一个外部蒸汽重整炉，重烃在炉中发生裂解反应，因此避免给工艺气体回路带来积碳的风险。外部重整炉中生成70%氢含量的重整气体，该气体在进入竖炉之前与炉顶循环煤气混合。这种处理就解释了为什么ENERGIRON®工艺能够在高H2/CO（氢-碳比一般在3-5倍范围内）的情况下保持运行。毫无疑问，动力学上氢气是首选的还原气体。