(1. 河钢集团有限公司， 河北 石家庄 050023；2. 中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176；
氢能是21世纪最具发展力的清洁能源，是中国未来能源体系的重要组成部分。构建“以氢代碳”的钢铁用能新体系是中国钢铁行业实现“双碳”目标的重要方向。针对以氢能源为基础的氢冶金技术原理和工艺流程，对氢冶金流程工程化、关键技术、技术经济指标、运行成本估算及CO2减排情况等进行探讨，全面论述了氢冶金工程的系统组成和关键设备、工厂布局等情况。工程实践表明，以富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺，采用气体零重整和气基直接还原炼铁技术，以氧化球团为原料，完全不使用焦炭、煤炭和烧结矿，从源头减少碳素使用，污染物产生和排放大幅度减少；无烧结、焦化工序，总图布置紧凑，大幅节约用地；以焦炉煤气为气源的氢冶金，生产所带来的成本具有一定优势；根据技术经济指标估算，基于富氢焦炉煤气的氢冶金与高炉炼铁流程相比，可实现吨铁碳排放降低58.8%左右。氢冶金工艺可为后续电炉炼钢提供优质的高纯铁质原料，对提升中国钢铁产品质量具备极其重大意义，为未来钢铁行业实现绿色、低碳、高水平质量的发展奠定了坚实基础。
近年来，为了应对气候平均状态随时间的变化，各国都在积极地推进CO2减排工作。氢能作为一种绿色、清洁、高效的二次能源正在加速发展，使用氢能替代碳能的新型氢冶金工艺也引起了世界钢铁行业的广泛关注。因此，推动氢能冶金的工艺和工程技术发展，研究炼铁生产碳素“零排放”的核心技术和装备，是新时代下全球钢铁工业实现“双碳”目标和绿色、高水平发展的重要方向之一。
氢冶金的工艺载体为气基直接还原工艺。目前，全世界范围内成熟的气基直接还原炼铁工艺可按照压力分为2种，即低压竖炉法-MIDREX和高压竖炉法-HYL/ENERGIRON。这2种工艺都是基于天然气为气源的竖炉直接还原工艺，但直接用富/纯氢气体为气源的工艺还没有成熟的实践案例。
由于中国资源和能源禀赋，每年副产的焦炉煤气达到2 000亿m3。焦炉煤气氢体积分数为60%左右，是优质且廉价的氢能源，也是目前中国发展氢冶金最实用的气源之一。本文将针对以富氢焦炉煤气为还原气体的竖炉零重整直接还原氢冶金工艺，结合实际工程实践，从产品方案、重点功能单元组成和相互连接，以及氢基竖炉工艺的关键设备、工厂总图布置、生产所带来的成本、CO2减排情况等方面做总结，全面论述氢冶金的系统组成和工程技术情况。
(1)新型氢冶金工艺仅使用氧化球团和富氢气体为原料，不使用烧结矿和焦炭；首次采用焦炉煤气零重整直接还原技术，取消了复杂的气体重整系统，进一步简化了流程；总图布置紧凑，吨铁占地面积约0.1 m2，大幅节约用地；氢冶金系统组成复杂，对生产操作和智能化要求较高。
(2)氢冶金产品为高纯直接还原铁，根据后续工序匹配可生产冷态或热态直接还原铁，也可压制成热压铁块；产品无有害杂质元素，具有非常好的成本优势，是优于废钢的优质炼钢原料，对缓解中国废钢短缺和提升钢铁产品质量有重要意义。
(3)基于富氢焦炉煤气为还原气源的氢冶金工艺，没有烧结、焦化工序及配套的脱硫脱硝环保设施，不使用煤粉和焦炭，比传统高炉铁前系统的环保优势显著；以焦炉煤气零重整氢冶金短流程从源头减少碳素使用，与传统高炉铁前流程相比，碳减排达58.8%，减碳效果显著。
(4)基于中国能源和资源禀赋，发展以富氢焦炉煤气为气源的“氢冶金+电炉”短流程，构建“以氢代碳”的钢铁生产用能新体系，是中国钢铁行业现阶段实现“双碳”目标的重要方向，对引领中国钢铁行业实现绿色、低碳、高水平质量的发展具备极其重大意义。
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