上海大学高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室成立“氢冶金技术研究与成果转化中心”

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氢冶金是清洁的革命性钢铁生产技术，利用氢代替碳作为冶金过程燃料和还原剂，反应产物是水，与传统的碳冶金相比，可以从根本上减少碳排放，实现清洁生产目标，彻底实现冶金行业产业升级，摆脱对化石燃料的依赖。21世纪钢铁冶金行业将从碳冶金转变富氢冶金，最终实现全氢冶金。为更好地面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，开展世界科技前沿原创性氢冶金新技术研究，呈现研究特色，推动成果积聚，促进科技成果转化，上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室成立“氢冶金技术研究与成果转化中心”。
       从全球氢冶金研发开展情况看，目前主要有两条技术路线，一条是基于高炉炼铁开展高炉喷吹富氢（或纯氢）技术，另一条是基于非高炉的富氢（或纯氢）气基还原工艺技术。高炉炼铁工艺技术成熟、生产能力大、效率高，未来几十年高炉仍将是支撑中国对钢铁材料庞大需求的主流炼铁装备。目前，以碳冶金和矿石为基础的高炉—转炉流程产钢量约占90%，其中高炉炼铁CO2排放量最大的工序，约占整个钢铁生产CO2排放总量的70%-90%。钢铁行业助力实现2030年碳排放强度降低60%的目标须基于现有的高炉，高炉低碳冶炼是规模化实现中国钢铁工业低碳的首要路径。上海大学氢冶金技术研究与成果转化中心近中期力推高炉富氢低碳冶炼技术，中远期发展基于非高炉的富氢/纯氢气基还原工艺。
       针对目前我国高炉喷吹富氢（或纯氢）技术和气基富氢（或纯氢）还原技术方面，缺乏相关技术的系统积累，理论基础和产业研究落后于其他国家的现状，遵循从基础研究到半工业化试验、最终实现工业化的研发历程，氢冶金技术研究与成果转化中心提出和钢铁企业合作，在钢铁厂共同建造专业化的高炉和非高炉半工业化试验系统，为零碎的单体关键技术走向实际应用、集成产生新工艺的开发和系统研究搭建创新试验平台，为取得氢冶金低碳冶炼前沿技术研究的重大突破、推动氢冶金技术的工业应用、构建冶金领域新型氢能经济产业链提供强有力的手段和必要条件。依托半工业化试验平台，在工业环境下对相关技术进行系统深化和完善，对各项研究成果实施的可行性、运行技术经济指标进行评估，筛选和逐步优化，实现氢冶金技术的创新、成果转化和推广应用，在技术源头上支撑行业整体性的创新发展（图1）。

图1上海大学氢冶金技术研究与成果转化中心实施路线

图2联合创新中心成立签约和揭牌

图3 富氢低碳冶炼中试基地项目签约

      上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室从上世纪90年代，在徐匡迪院士的领导下率先并持续开展了基于氢冶金的低碳炼铁新技术研究，围绕氢冶金、富氢煤气重整改质和还原铁矿石、经济规模制氢、CO2捕捉分离和利用等关键技术的基础理论和工艺的长期研究已形成了雄厚的积累和知名的行业影响力。早在1999年北京香山科学会议上徐匡迪院士提出了铁矿石氢还原工艺设想，并在2002年国家自然基金科学会议（上海）上再次提出氢冶金的技术思想。随后，国外氢冶金界纷纷提出氢冶金的战略规划。上海大学氢冶金团队依托国家计划项目课题，经过研究攻关，完成了以焦化过程副产焦炉煤气为原料，通过重整改质技术实现氢气的经济规模制备，并与焦化厂合作建立了工业化示范运行系统。在此基础上，提出并开发了焦炉煤气重整改质制备富氢气体用于高炉喷吹富氢冶炼和直接还原铁矿石新工艺，相关工艺技术参加了2010年上海冶金工业博览会。这些研究积累为氢冶金产业链的贯通提供了氢源、富氢（或纯氢）还原、过程气体的调质处理以及CO2的分离利用等方面理论和技术基础。
       为进一步开展冶金新技术开发、中试研究和成果转化工作，中心积极寻求合作钢铁企业。山西省临汾市襄汾县是以钢铁、焦化、铸造和建材支柱产业的工业大县，县域内规模以上钢铁、焦化企业有20多家。上海大学氢冶金技术研究与成果转化中心和襄汾县人民政府通过洽谈对接和论证分析，迅速达成了共识，2019年12月份签署建立“产-学-研-用”联合创新中心的框架协议，并于2020年1月份在襄汾县经济技术开发区正式挂牌成立（图2），由县域内九家骨干企业的技术负责人和上海大学的专家人员共同组成创新委员会，负责开展联合创新中心的各项工作。以联合创新中心为平台，基于上海大学多年氢冶金基础理论和工艺方面的研究积累，中心与山西中升钢铁有限公司联合共建了“富氢低碳冶炼热模拟系统中试基地”，搭建低碳炼铁关键技术创新的半工业化试验平台（图3）。试验基地旨在重点开发利用氢代替碳用于冶金过程的富氢低碳冶炼关键核心技术理论和工艺原型，攻关推进关键核心技术的成套化、装备化和产业化，尽快推进富氢低碳冶炼技术从零碎的实验室基础研究到工业化应用，构建完整的氢气制备—氢储运—富氢/纯氢冶金应用—碳转化利用的低碳循环经济产业链，引领氢冶金低碳冶炼基础理论和工程化相关领域的前沿性研究。（撰稿、摄影：张玉文）


        文章来源：上海大学