国产氢基竖炉开辟大规模应用场景

近日，北京氢冶科技有限公司于今年年初启动的阿尔及利亚高磷铁矿中试已顺利完成首炉试验，试验前序阶段应用了该公司自研的氢冶金成套装备以获得低碳直接还原铁，经过熔分脱磷后获得最终产品为钢锭，其各项指标均符合国际通用标准。后续将在此基础上对工艺及氢冶金设备进行进一步优化，为工业化应用奠定坚实基础，并为即将建设实施的阿尔及利亚贝沙尔（Bechar）第一期100万吨钢铁厂提供重要技术依据。

1 “氢还原”真相

近年来，全球每年利用氢基竖炉生产的直接还原铁的产量超过1亿吨，但是在钢铁制造大国中国，我们的炼铁以高炉技术为主，采用焦炭（C）为还原剂的碳冶金方式，为什么是这个现状？一方面受制于技术。虽然国外从60年代米德莱克斯（MIDREX）开始了竖炉直接法，以天然气（CH4，高温裂解为H2为主要成分的混合气)为原料的炼铁应用，但是中国一直没有掌握氢基竖炉技术；另一方面是受制于自然条件，中国是贫气富煤的国家，天然气欠缺；第三个原因：经济性，现有的欧美主流氢基竖炉技术，由于运营成本高昂，在中国应用相比高炉处于成本劣势。

因为时代绿色发展的要求，对于碳排放大户的钢铁行业来说，氢冶金已经成为必由之路。伴随国内页岩气、煤层气资源的发现及焦炉煤气的拓展利用，中国发展氢冶金具备了一定的原料基础。但是，技术依然是横梗在中国氢冶金路上的拦路虎。

2 颠覆式创新

氢基竖炉系统的建造是一个牵涉到冶金、机械、材料、物理、化学、信息、自动化控制等多个学科的综合工程，中国企业从没有过经验：900度以上高温，同时200KPa以上压力连续作业状态，产品为固态的复杂冶金系统。技术难点包括但不仅限于：还原气体的加热及裂解、铁矿石在高温还原时可能的结团、高温下的密封、尾气处理及循环等等。

北京氢冶科技经过多年的自主艰苦研发，在解决上述问题的同时，全球首创“模块化，装配式”氢基竖炉系统，所有的部件都是在工厂里标准化生产，并且模块化的设计方便采用公路普通运输，可在现场快速完成安装及调试。在公司专有的“希蒙特尔HYTML自循环热平衡”技术加持下，模块化设计的氢基竖炉系统实现了如下比较优势：

（1）工期

由于采用定型设计，在工厂做标准化生产，可以将生产周期缩短至3个月；现场安装及调试周期可以缩短至2个月。

（2）成本

制造成本：相比传统的欧美技术路径的非标准化设计、生产以及大量的现场制作，系统的硬件成本可以减少50%。

安装成本：“模块化、装配式”设计的氢基竖炉系统，不超过40米的高度，普通轮胎吊车即可完成吊装。相比欧美技术的动则80米以上的竖炉高度，上百吨的大部件特殊吊装，其安装成本也可以降低50%以上。

运营成本：由于优化创新了工艺流程，应用公司特有的“希蒙特尔HYMTL自循环热平衡”技术，氢基竖炉系统每吨直接还原铁的生产运营成本相比欧美技术路径的氢基竖炉系统可降低100元以上。

（3）系统的独立性

欧美技术路径的氢基竖炉系统，如果采用焦炉煤气为原料气，由于混合气里含6%左右的氮气（N2）成分，尾气不能循环，需要配套其他消纳途径，导致生产一吨直接还原铁所需的新鲜焦炉煤气1500立方米，且系统不能独立存在。

相比较，北京氢冶科技的氢基竖炉系统由于应用专有“希蒙特尔HYMTL 自循环热平衡”技术，生产一吨直接还原铁只需600立方米焦炉煤气，无需配套换热单元可独立存在。

3 她从哪里来

源自需求，中国创造。

北京氢冶科技及创始团队从2019年开始为阿尔及利亚西部35亿吨高磷铁矿开发提供技术支持和解决方案，过程中首先需要解决高磷铁矿应用“氢还原+熔分脱磷”工艺的中试，500吨铁矿石的“氢还原”，在全球搜寻都找不到氢基竖炉生产装置来配合完成的困境下，氢冶科技及创始团队以不计代价的决心，经过4年的艰辛研发终于取得巨大突破，不仅解决了高磷铁矿应用“氢还原+熔分脱磷”工艺的中试问题，也创新性开发了独有技术体系的氢基竖炉系统。

氢冶金工业装置的研发，考虑到欧美技术系统其初始建造及运维成本高昂，且容易受制于外方，将来系统更新和配件更换都会面临巨大的困难。北京氢冶科技早年即开启自主创新之路，以降低建造和运营成本为目的，实现氢基竖炉百分之百国产替代，以焦炉煤气或天然气为原料气，所有配套供应链都在中国，技术也牢牢掌握在了自己手里。

创新，过程虽然艰辛，但能为全球200亿吨“沉睡”的高磷铁矿开发，以及中国氢冶金发展拿出完整有效的方案，这本身就值得欣慰和自豪。