氫冶金原理及工業(yè)化應(yīng)用研究進(jìn)展

段貴生

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 引言

氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，在未?lái)能源結(jié)構(gòu)變革中將占有重要地位。圍繞實(shí)現(xiàn)溫室氣體零排放的目標(biāo)，許多國(guó)家將氫能利用提升為國(guó)家戰(zhàn)略，氫能技術(shù)研發(fā)成為熱點(diǎn)。氫冶金是在冶金領(lǐng)域用氫代替碳還原，氫冶金還原過(guò)程與碳還原比具有不同特點(diǎn)，在氫冶金應(yīng)用方面，鐵礦石直接還原和高爐噴煤等技術(shù)在應(yīng)用氫能方面取得了進(jìn)展。雖然關(guān)于鐵氧化物的氫還原的研究已經(jīng)有許多，但仍然不能夠?qū)δ承┓磻?yīng)行為給出確切合理的解釋，需要深入系統(tǒng)分析、研究和總結(jié)，為氫冶金應(yīng)用提供理論支撐。結(jié)合直接還原和高爐流程氫還原利用的技術(shù)積累，從氫冶金熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和工程學(xué)等方面重點(diǎn)闡述了氫冶金學(xué)原理的合理應(yīng)用，期望能夠探討出進(jìn)一步提高氫冶金還原能力、效率、速率和工業(yè)化應(yīng)用的方法和路徑。

1 氫冶金基礎(chǔ)研究

按照冶金反應(yīng)過(guò)程基礎(chǔ)理論， 氫冶金技術(shù)的開(kāi)發(fā)必須依據(jù)滿足氫冶金熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和工程學(xué)原理而設(shè)計(jì)。熱力學(xué)確定冶金反應(yīng)過(guò)程的方向、平衡條件和限度，動(dòng)力學(xué)探討冶金過(guò)程的速率、機(jī)理和限制環(huán)節(jié)，工程學(xué)研究冶金過(guò)程的宏觀傳遞規(guī)律、單元操作和反應(yīng)器特征；三者有機(jī)結(jié)合以制定氫冶金工藝能夠達(dá)到的最大產(chǎn)出條件和參數(shù)，找出控制提高反應(yīng)速率效率的方法，改進(jìn)操作過(guò)程中存在的系統(tǒng)問(wèn)題，達(dá)到工程化推廣應(yīng)用的目的。

1.1 氫冶金概念的提出

氫冶金定義是基于碳冶金的概念提出的。碳冶金是鋼鐵工業(yè)代表性發(fā)展模式，冶煉基本反應(yīng)式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；還原劑采用碳，產(chǎn)物是二氧化碳。氫冶金基本反應(yīng)式：Fe2O3+3H22Fe+3H2O；還原劑為氫氣，最終產(chǎn)物是水，二氧化碳排放是零。碳一直以來(lái)是鋼鐵工業(yè)最重耍的還原劑，同時(shí)造成了二氧化碳的大量排放[1]。非碳冶金是不使用含碳物質(zhì)為燃料，不使用含碳介質(zhì)為還原劑的冶金過(guò)程。氫氣是一種優(yōu)良的還原劑和清潔燃料，用氫氣取代碳作為還原劑和能量源的氫冶金技術(shù)研究，可改變鋼鐵工業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的最有利選擇，將為冶金行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)希望[2]。

1.2 氫冶金熱力學(xué)

根據(jù)Fe-O-H體系平衡圖，臨界溫度（570 ℃左右）以下，H2還原Fe2O3的順序?yàn)镕e2O3—Fe3O4—Fe；臨界溫度以上，H2還原Fe2O3的順序?yàn)镕e2O3—Fe3O4—FeO—Fe。反應(yīng)過(guò)程氫還原熱力學(xué)包括低溫還原和高溫熔態(tài)還原兩種工藝路線[3]。鐵礦石低溫氫直接還原時(shí)，因過(guò)程吸熱需對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，常采用多級(jí)流化床進(jìn)行還原，以彌補(bǔ)溫降和氣體利用率低的缺點(diǎn)。鐵礦石高溫熔態(tài)氫還原工藝是向熔融還原爐下部噴吹氫氣或富氫氣體，通過(guò)控制碳燃燒率，用氫來(lái)代替部分碳作為還原劑，減少碳還原所需的熱負(fù)荷，達(dá)到加快還原速度和降低碳耗的目的。

（1）低溫還原反應(yīng)包括：

（2）高溫還原反應(yīng)包括：

以上二者比較，鐵礦高溫熔態(tài)還原反應(yīng)中平衡態(tài)的H2和CO含量要高于低溫固態(tài)還原反應(yīng)中平衡態(tài)氣體含量。溫度在1 500 ℃時(shí)用H2和CO還原氧化鐵，平衡氣相中的H2和CO含量分別為45.6%和81.8%?？偨Y(jié)C-H2-O2-H2O-CO-CO2體系熱力學(xué)平衡成分的計(jì)算可以得到[3]：（1）溫度為1 500 ℃時(shí)，碳氧均過(guò)剩，平衡體系中沒(méi)有水和二氧化碳。氣相中氧氣比例增加，一氧化碳含量增加，氫氣含量減少；固體碳量過(guò)飽和，水和二氧化碳的含量減少，氫氣和一氧化碳的含量增加；體系壓力變化對(duì)平衡組分含量的影響不顯著。（2）溫度升高，平衡體系中CO和H2O的含量增加，H2和CO2的含量下降，提高溫度有利于提高氫氣利用率。（3）碳過(guò)剩時(shí)，僅通過(guò)噴吹H2不能降低反應(yīng)碳的熱負(fù)荷；高溫條件下氫雖能夠與氧化鐵反應(yīng)，同時(shí)碳也可與H2O發(fā)生反應(yīng)，從而使H2O又轉(zhuǎn)變?yōu)镠2。

依據(jù)傳統(tǒng)直接還原工藝實(shí)踐，文獻(xiàn)[4]提出了通過(guò)碳氧化成CO提供熱量，用氫氣作為還原劑還原鐵礦的碳-氫熔融還原技術(shù)路線。碳作為熱源和部分還原劑，用H2作為主要還原劑，解決了熔融還原工藝中碳直接還原需要高熱量和強(qiáng)還原氣氛的矛盾。原料中的C參與反應(yīng)產(chǎn)生H2，為氫冶金提供氫源，氧化鐵還原主要依靠氫氣，CO也與氧化鐵進(jìn)行還原反應(yīng)；同時(shí)，CO2與H2反應(yīng)可生成CO+H2O，使反應(yīng)過(guò)程中的C排放量減少，利于直接還原的環(huán)保效應(yīng)。因此，確保原料氫的合理供給才能保持還原過(guò)程正常進(jìn)行。

1.3 氫冶金動(dòng)力學(xué)

氫還原氧化鐵的動(dòng)力學(xué)條件要優(yōu)于CO，氫氣的傳質(zhì)速率明顯高于CO的傳質(zhì)速率[5]；富氫煤氣或純氫與CO相比，還原動(dòng)力學(xué)條件得以改善。CO還原氧化鐵是放熱反應(yīng)，H2還原氧化鐵是吸熱反應(yīng)，因此如何持續(xù)向反應(yīng)區(qū)供給熱量是富氫或純氫還原的技術(shù)難點(diǎn)。

1.3.1 低溫氫還原

低溫氫還原的關(guān)鍵技術(shù)是如何強(qiáng)化氫與鐵礦的反應(yīng)速率，提高過(guò)程效率。從動(dòng)力學(xué)來(lái)看，氫在低溫下還原鐵礦的反應(yīng)速率較慢，平衡氣相中氫氣的濃度較高。為提高低溫下直接還原反應(yīng)的速率，可采取的技術(shù)措施有兩種[6]：一是降低反應(yīng)活化能，通過(guò)物理場(chǎng)的作用將H2激活成為H或H+；用激活態(tài)氫在低溫下可以將鐵礦還原成金屬鐵；二是提高反應(yīng)物的表面積，即減少鐵礦的粒徑；粒徑從45 μm降到5 μm，反應(yīng)面積可提高9倍。

鐵氧化物低溫氫還原反應(yīng)初期在界面局部活性點(diǎn)位置發(fā)生，并向內(nèi)擴(kuò)展形成小的孔洞，生成的活性鐵通過(guò)表面擴(kuò)散等生成突起，并逐漸發(fā)展；多孔的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)可以使氣體還原反應(yīng)物和氣體產(chǎn)物均能夠順利擴(kuò)散，界面反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。隨著氫還原反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物層不斷增厚，還原產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)燒結(jié)和致密化，還原氣體和產(chǎn)物擴(kuò)散受到影響，逐漸成為反應(yīng)過(guò)程的限制環(huán)節(jié)。其宏觀表現(xiàn)為鐵礦還原過(guò)程中出現(xiàn)反常溫度效應(yīng)，即在一定的還原溫度，還原速率不隨溫度的升高而增大，而隨溫度的升高而減小。

低溫時(shí)，燒結(jié)過(guò)程較緩慢，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不影響氣體的擴(kuò)散，因此低溫氫還原過(guò)程是界面反應(yīng)控速。隨著溫度的升高（高于700 ℃），燒結(jié)過(guò)程加速，產(chǎn)物燒結(jié)對(duì)反應(yīng)速率的影響逐漸增大，反應(yīng)控速環(huán)節(jié)逐漸由界面反應(yīng)控速向擴(kuò)散控速轉(zhuǎn)變。低溫氫還原（低于1 000 ℃）需要解決的問(wèn)題是在影響氣體擴(kuò)散的致密結(jié)構(gòu)形成前，控制前期化學(xué)反應(yīng)速率快速增大，在致密產(chǎn)物結(jié)構(gòu)形成前結(jié)束還原過(guò)程。

1.3.2 高溫氫還原

高溫氫還原的關(guān)鍵技術(shù)是向鐵浴爐下部噴吹氫氣或富氫氣體，通過(guò)控制碳的燃燒率，用氫氣來(lái)代替碳作還原劑。在鐵礦還原反應(yīng)溫度大于1 000 ℃時(shí)，富氫氣體的熱力學(xué)利用率隨著氫含量的增加而提高，因此提高H2/CO有利于提高氫還原的綜合利用率。同時(shí)，提高H2/CO鐵礦還原所需的熱量增加，增加爐內(nèi)供熱量就須加大還原氣體的總量，這樣反而會(huì)造成氣體利用率的降低。這使得高溫氫還原爐內(nèi)的氣體成分和氣體利用率較難達(dá)到最優(yōu)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即反應(yīng)爐內(nèi)的熱量傳輸和化學(xué)平衡間的矛盾決定了富氫氣體一次利用率極限的存在。

1.4 氫冶金工程學(xué)

氫冶金工程學(xué)研究始于直接還原和熔融還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)，主要包括富氫還原和全氫還原。由于全氫還原受大規(guī)模制氫技術(shù)和成本的限制，因此富氫高溫熔態(tài)還原得到了優(yōu)先發(fā)展，控制還原氣體中的富氫含量是技術(shù)關(guān)鍵。富氫煤氣還原鐵礦的生產(chǎn)工藝自上世紀(jì)中葉已逐步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，如使用天然氣的Midrex工藝和HLY-Ⅲ工藝，均利用了高溫氫還原原理，主要需要解決海綿鐵粘結(jié)問(wèn)題[7]。隨著現(xiàn)代粉末制備和選分技術(shù)的進(jìn)步，可采用鐵礦石-超細(xì)粉碎-磁選提純-細(xì)化工藝生產(chǎn)微米級(jí)粉料，微米級(jí)礦粉具有良好的還原動(dòng)力學(xué)條件，在低于600 ℃下進(jìn)行還原，能耗低并可有效地避免粉料在反應(yīng)器內(nèi)粘結(jié)[9]。

直接還原和熔融還原工程學(xué)實(shí)踐克服了一系列技術(shù)難點(diǎn)，其利用氫能的工程實(shí)例總結(jié)見(jiàn)表1[7]。新增直接還原產(chǎn)能主要采用氣基還原工藝，生產(chǎn)高品位直接還原鐵或HBI供電弧爐使用；目前熔融還原技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要是采用鐵浴法方式或Corex、Finex工藝，并且可應(yīng)用于冶金含鐵固體廢棄物的回收和資源綜合利用等方面。

表1 直接還原和熔融還原氫能利用工藝

2 氫冶金工藝進(jìn)展

2.1 傳統(tǒng)冶金流程氫能利用

傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氫資源，如焦?fàn)t煤氣?；跉湟苯饘W(xué)原理，向高爐中噴吹煤、焦?fàn)t煤氣、天然氣和塑料等均是傳統(tǒng)高爐氫冶金技術(shù)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)和實(shí)踐[9]。

（1）高爐噴煤。噴煤是富氫還原應(yīng)用于傳統(tǒng)高爐的典型案例。高爐噴煙煤首先在高溫條件下氣化，產(chǎn)生的碳?xì)浠镆澡F氧化物作觸媒高溫?zé)崃呀獬蓺錃?，與鐵礦進(jìn)行反應(yīng)，提高了高爐的還原效率和改善了其技術(shù)指標(biāo)。為克服噴煤帶來(lái)的負(fù)面影響，采用了一些高爐噴煤新工藝，如以富氫煤氣代替煤粉從風(fēng)口噴入高爐，使噴吹過(guò)程更加高效節(jié)能。

（2）煤氣化技術(shù)。煤氣化技術(shù)是一個(gè)熱化學(xué)加工過(guò)程，以氧氣、水蒸氣為氣化劑，在高溫高壓下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃物轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。煤氣化技術(shù)在化工領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，利用不同制氣方法所獲得的還原性富氫氣體對(duì)低碳冶金具有借鑒意義。

（3）高爐噴吹廢塑料（廢橡膠）技術(shù)。高爐噴吹l kg廢塑料，相當(dāng)于1.2 kg煤粉。廢塑料成分簡(jiǎn)單，含氫量是煤粉的3倍，高爐每噴吹1 t廢塑料可減排0.28 t二氧化碳。廢塑料、橡膠以其優(yōu)良的加工性能與耐用性使其可得到回收利用，但需要塑料的分類加工政策支撐。

2.2 國(guó)外氫冶金工藝進(jìn)展

氣基直接還原煉鐵是氫冶金在煉鐵技術(shù)上的經(jīng)典應(yīng)用。歐洲重視和支持發(fā)展氫能冶金，將氫能看作未來(lái)減少碳排放的重要能源選項(xiàng)，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)化石燃料的大規(guī)模替代。根據(jù)對(duì)歐洲氫能發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)潛力的研究[9]，化石燃料制氫+碳捕集和封存是目前低碳制氫的現(xiàn)實(shí)方式，未來(lái)電解水制氫將逐漸成為低碳低成本制氫的方法。過(guò)去十年，鋼鐵行業(yè)在全球嚴(yán)格的資源和環(huán)保政策約束下，世界主要產(chǎn)鋼國(guó)開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)能夠顯著降低CO2排放的突破性低碳冶金技術(shù)。近期開(kāi)展的典型的氫冶金項(xiàng)目見(jiàn)表2[10]。

表2 國(guó)外典型氫冶金項(xiàng)目

2.3 國(guó)內(nèi)氫冶金技術(shù)開(kāi)發(fā)

我國(guó)氫冶金工藝研究起步較晚，鋼鐵企業(yè)近年來(lái)開(kāi)始布局氫冶金領(lǐng)域，其典型的氫冶金項(xiàng)目見(jiàn)表3[11]。在鋼鐵行業(yè)面對(duì)去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的形勢(shì)下，氫能行業(yè)和鋼鐵企業(yè)合作可形成互補(bǔ)雙贏效應(yīng)。氫能利用可幫助鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)延伸和轉(zhuǎn)型，鋼鐵企業(yè)可為氫能行業(yè)提供更多更具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化示范。

表3 國(guó)內(nèi)典型的氫冶金項(xiàng)目

寶武與中核、清華大學(xué)簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，采用第四代高溫氣冷堆核電技術(shù)，將核反應(yīng)堆與先進(jìn)制氫工藝耦合，開(kāi)展超高溫氣冷堆核能制氫研發(fā)應(yīng)用。河鋼與意大利特諾恩合作，開(kāi)展分布式綠色能源、低成本制氫、煤氣凈化、氣體重整、氫冶金、二氧化碳脫除等全流程創(chuàng)新研發(fā)。酒鋼創(chuàng)立了“煤基氫冶金理論” “淺度氫冶金磁化焙燒理論”和“磁性物料風(fēng)磁同步聯(lián)選理論”，建立了“煤基氫冶金+干磨干選制鐵短流程”示范基地。

2.4 氫制備技術(shù)

發(fā)展氫能的基礎(chǔ)是利用含氫化合物規(guī)?；迫錃狻Ｖ茪浞椒ㄖ饕娊馑茪?、化石燃料制氫和生物質(zhì)制氫。氫氣須經(jīng)壓縮、運(yùn)輸、存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)移等才能到達(dá)最終用戶，氫氣大規(guī)模產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)依賴于技術(shù)進(jìn)步和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)[12]。

化石能源重整和水電解制氫是傳統(tǒng)的制氫方法。化石能源重整制氫是將化石燃料與水蒸氣混合，催化作用下生成氫氣和二氧化碳，經(jīng)變壓吸附、膜分離蒸發(fā)產(chǎn)生高純氫氣。水電解制氫是將帶中間隔膜的一對(duì)電極浸在電解液中，通電使水分解為氫與氧?；剂虾碗娊馑茪涞纳a(chǎn)過(guò)程中均會(huì)排放大量二氧化碳，這些高碳的氫被稱為“灰氫” 或“黑氫”。實(shí)現(xiàn)制氫過(guò)程低碳化，獲得全生命周期意義上低碳的“藍(lán)氫”及零碳的“綠氫”，需要在化石燃料制氫系統(tǒng)增加碳捕集和封存，或直接利用非化石燃料生產(chǎn)的電進(jìn)行電解制氫?！盎剂现茪?碳捕集和封存”是中短期低碳制氫過(guò)渡方式，遠(yuǎn)期非化石燃料發(fā)電進(jìn)行電解制氫將逐漸成為主要低碳制氫模式。

生物質(zhì)是地球上豐富的可再生資源，近年來(lái)生物質(zhì)快速熱解制取生物油技術(shù)得到較快發(fā)展。生物油可通過(guò)與水蒸氣重整來(lái)制取氫氣，為生物質(zhì)制氫提供新途徑。由于生物質(zhì)能量密度較低，直接制氫的工業(yè)技術(shù)有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

3 氫冶金工業(yè)化推廣方向

3.1 氫能在傳統(tǒng)冶金流程的擴(kuò)展應(yīng)用

（1）高爐爐頂煤氣循環(huán)利用。高爐爐頂煤氣循環(huán)利用工藝的核心是將高爐爐頂煤氣除塵凈化脫碳后，將還原成分（CO和H2）噴吹入風(fēng)口或者爐身位置，回到爐內(nèi)參與鐵氧化物還原，利用CO和H2進(jìn)一步改善高爐指標(biāo)、降低能耗、減少CO2排放。

（2）高爐噴吹含氫物質(zhì)。高爐噴吹富氫介質(zhì)主要包括天然氣、焦?fàn)t煤氣、廢棄塑料、舊輪胎等[13]。高爐噴吹含氫物質(zhì)后，氫參與鐵礦還原，強(qiáng)化了高爐對(duì)原燃料的適應(yīng)性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高爐功能的多元化，對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排具有現(xiàn)實(shí)意義。天然氣的主要成分是CH4，與富氧熱風(fēng)一起由高爐風(fēng)口噴入，可降低高爐焦比；北美和俄羅斯部分高爐噴吹天然氣，噴吹量為40～110 kg/t。焦?fàn)t煤氣是荒煤氣經(jīng)化產(chǎn)回收和凈化后的產(chǎn)品，將焦?fàn)t煤氣噴入高爐有使高爐焦比降至200 kg/t以下的案例。

塑料是石油化工產(chǎn)品，噴吹舊塑料不僅可治理“白色污染”，而且可實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。廢塑料用于高爐，包括分選、粉碎、造粒等環(huán)節(jié)，取代部分煤粉從風(fēng)口噴入高爐，最高噴吹量已可達(dá)60 kg/t，理論廢塑料最大噴吹量在200 kg/t；需要完善的工藝包括塑料造粒、脫氯處理等。

3.2 氫冶金工業(yè)化創(chuàng)新路徑

根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟發(fā)布的《全球氫冶金專題報(bào)告》，我國(guó)氫冶金技術(shù)研究?jī)?chǔ)備不足的主要表現(xiàn):一是耐氫高溫高安全性材料研發(fā)基礎(chǔ)；二是氫氣防爆防泄漏技術(shù)儲(chǔ)備；三是氫冶金反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝控制技術(shù)；四是氫冶金反應(yīng)機(jī)理和爐料特征變化的理論研究等。建議的氫冶金技術(shù)研發(fā)布局方向：探索高爐富氫冶煉實(shí)現(xiàn)低碳冶金；冶金過(guò)程廢氣中加入氫氣轉(zhuǎn)化為化工原料，實(shí)現(xiàn)零碳排放冶金；采用純氫還原工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)碳冶金。

對(duì)于我國(guó)傳統(tǒng)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)而言，氫冶金發(fā)展不具有天然氣資源區(qū)域優(yōu)勢(shì)，受大規(guī)模制儲(chǔ)運(yùn)等設(shè)施制約，以氫代煤的成本較高，同時(shí)也缺乏氫冶金技術(shù)基礎(chǔ)積累，因此需要尋求適合于企業(yè)自身特點(diǎn)的新發(fā)展思路。

（1）我國(guó)氫能生產(chǎn)主要依賴化石能源，氫能消費(fèi)主要集中體現(xiàn)在交通和工業(yè)原料領(lǐng)域。鋼鐵行業(yè)本身伴隨了大量富氫副產(chǎn)品的產(chǎn)生，但現(xiàn)階段這些富氫副產(chǎn)品尚未得到充分分離提純和高效利用。高爐仍為煉鐵主體工藝，圍繞高爐增加含氫資源循環(huán)利用比例應(yīng)是現(xiàn)階段工藝技術(shù)改進(jìn)的首選方式。

（2）鋼鐵工業(yè)具有生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品、消納處理社會(huì)廢棄物和實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化三個(gè)重要功能。消納固體廢棄物和能源轉(zhuǎn)化功能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用應(yīng)該得到重視和關(guān)注。如：中科院牛強(qiáng)博士通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體發(fā)布其團(tuán)隊(duì)氫能利用研究的案例，將含碳?xì)涔虖U顆粒與氧氣/水蒸氣等高速噴吹進(jìn)入1 500 ℃的金屬熔池，可發(fā)生溶解氧與碳的快速反應(yīng)，高溫下穩(wěn)定生成潔凈的CO和H2混合可燃?xì)怏w，可再利用，適用于廢舊塑料、舊橡膠輪胎、有機(jī)固廢、生物質(zhì)等處理和轉(zhuǎn)換。

（3）傳統(tǒng)企業(yè)煤-鐵制造流程中會(huì)產(chǎn)生大量焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽，煤氣富余是普遍現(xiàn)象，目前主要僅作為燃料用于各類鍋爐系統(tǒng)發(fā)電。進(jìn)一步考慮將富氫副產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為還原劑，用于冶金全流程或化工產(chǎn)品，擺脫只靠碳作為還原劑的局面，必將有力地推進(jìn)氫冶金技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)階段鋼鐵企業(yè)最合理的做法是對(duì)傳統(tǒng)流程富氫能源轉(zhuǎn)換利用的深度潛力挖掘。

4 結(jié)論

（1）依據(jù)氫冶金原理，富氫或純氫還原過(guò)程的實(shí)現(xiàn)要求保持原料氫平衡比例和反應(yīng)過(guò)程中能量的持續(xù)供給，克服鐵礦還原過(guò)程中的溫度效應(yīng)，突破熱平衡、化學(xué)平衡和傳質(zhì)間矛盾導(dǎo)致的氫利用率極限，才能真正理論支撐工業(yè)大規(guī)模氫能冶煉技術(shù)的應(yīng)用。

（2）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度客觀評(píng)價(jià)氫能的應(yīng)用前景，認(rèn)為現(xiàn)階段鋼鐵企業(yè)最合理的做法是對(duì)傳統(tǒng)流程提高富氫能源循環(huán)利用率和能源轉(zhuǎn)換的深度潛力挖掘。

（3）氫能應(yīng)用主要集中體現(xiàn)在交通和工業(yè)原料領(lǐng)域，未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域氫能消費(fèi)增量將主要源自鋼鐵行業(yè)。各企業(yè)需要持續(xù)跟蹤和研究制定氫冶金應(yīng)用戰(zhàn)略、技術(shù)定位、工藝路線和實(shí)施步驟等，利用可再生能源制氫實(shí)現(xiàn)氫冶金的路徑才是可持續(xù)的。規(guī)?；G色低碳 低成本制氫技術(shù)的進(jìn)展是實(shí)現(xiàn)氫冶金廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，氫能產(chǎn)業(yè)與冶金行業(yè)走合作開(kāi)發(fā)模式，可形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)雙贏效應(yīng)。