8月28日，由我所與鞍鋼集團等單位合作開發(fā)的“綠電綠氫流化床氫冶金萬噸級中試線”（以下簡稱“氫冶金”）項目工藝路線實現(xiàn)全流程貫通。鞍鋼集團在遼寧省營口市鲅魚圈區(qū)召開新聞媒體溝通會，中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局代表，沈陽分院分黨組書記、院長毛志遠(yuǎn)，我所李燦院士、副所長王峰、項目技術(shù)負(fù)責(zé)人姚婷婷研究員等出席會議。會上正式宣布，“氫冶金”項目工藝路線全流程貫通，穩(wěn)定產(chǎn)出金屬化率達95%的綠色直接還原鐵產(chǎn)品，實現(xiàn)了從實驗室研發(fā)到中試規(guī)模的跨越。
“氫冶金”項目改變傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)工藝路線，采用“綠電制氫-綠氫還原”短氫流程工藝，以綠氫替代傳統(tǒng)焦炭還原鐵礦粉，實現(xiàn)了從“碳冶金”到“氫冶金”的轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)過程中碳排放降低90%以上。其中，制氫工段采用李燦團隊研發(fā)的高效堿水電解技術(shù)，還原工段依托中國科學(xué)院過程工程研究所朱慶山研究員團隊開發(fā)的流化床直接還原鐵新技術(shù)。
李燦團隊自2001年起致力于太陽能光解水、電解水制氫基礎(chǔ)研究，近十年來在電催化分解水的催化劑、電解堆結(jié)構(gòu)、與電網(wǎng)系統(tǒng)耦合集成等方向取得系列進展。2020年，團隊開發(fā)的高效電解水制氫技術(shù)已達到1000標(biāo)立方米/小時，并應(yīng)用于千噸級“液態(tài)陽光”甲醇合成項目，初步探索了波動性離網(wǎng)光伏條件下電解水制氫的運行條件，綜合性能指標(biāo)達到當(dāng)時國際領(lǐng)先水平。
針對氫冶金工藝的特殊要求，團隊在原子級摻雜鎳基催化劑、大面積電極成型、寬負(fù)荷工藝與智能控制等方面實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，提升了催化劑活性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)制氫系統(tǒng)從低負(fù)荷到滿負(fù)荷的連續(xù)切換，適配氫冶金全流程負(fù)荷波動及綠電的間歇性特點。李燦團隊與一重集團大連核電石化有限公司合作，組裝了新一代高性能電解槽，單槽產(chǎn)氫量及電流密度較傳統(tǒng)裝置提高50%以上，制氫能力達1576標(biāo)立方米/小時，負(fù)荷范圍寬至26%至100%，全負(fù)荷直流電耗為3.87至4.40千瓦時/標(biāo)方氫，持續(xù)穩(wěn)定運行超2000小時，實現(xiàn)了低能耗、高穩(wěn)定性和靈活調(diào)負(fù)荷等關(guān)鍵技術(shù)。
“氫冶金”技術(shù)是冶金領(lǐng)域的重要轉(zhuǎn)型，也是綠色低碳發(fā)展的重要方向，為我國綠色低碳鋼鐵發(fā)展提供了技術(shù)保障。
該項目得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院A類先導(dǎo)專項“基于高比例可再生能源的儲能關(guān)鍵技術(shù)與示范”、遼寧省揭榜掛帥、遼寧濱海實驗室等項目的資助。（文/姚婷婷、喬春戈 圖/李黎明）
