在全球能源轉型和應對氣候變化的背景下，鋼鐵行業作為高碳排放領域，其綠色低碳轉型對實現「雙碳」目標具有重大戰略意義。氫能與鋼鐵流程的深度融合，尤其是氫冶金技術，通過以「氫」代「碳」還原，從根本上減少對碳元素的依賴，成為未來煉鐵技術革新的重要方向。本文系統闡述了當前主流的氫冶金工藝技術及其實施路徑，從原料獲取與製備、核心反應機理、關鍵設備運用到工藝流程構建等多個維度進行歸納總結，全面評估了各工藝技術的特點、優勢及局限性。同時，重點聚焦河鋼集團全球首例焦爐煤氣零重整氫冶金示範項目(HyMEX)，詳細介紹了其工藝技術創新與運行實踐，並結合中國產業政策導向和資源稟賦特點，深入探討了中國豎爐氫冶金的發展前景及可持續發展技術路徑。

  一、鋼鐵行業氫冶金技術的發展現狀

  《2025-2030年中國鋼鐵行業發展趨勢分析與未來投資研究報告》近年來，全球鋼鐵行業在氫冶金技術方面取得了顯著進展。氫基豎爐工藝作為當前應用主流，具有還原氣體富氫率高、環境污染小、流程短的特點，更適合氫冶金髮展方向。全球範圍內，MIDREX工藝和HYL工藝是目前技術較為成熟穩定且產量可以與高爐法相媲美的大規模生產工藝。2023年，全球直接還原鐵(DRI)產量達到1.36億噸，其中MIDREX工藝生產DRI產量占DRI總產量的58.1%，HYL/ENERGIRON工藝占12.2%。在中國，由於鋼鐵聯合企業有大量的焦爐煤氣，因此，焦爐煤氣零重整的HyMEX豎爐氫冶金工藝具有發展空間。

  二、中國鋼鐵行業豎爐氫冶金的發展歷程及技術

  鋼鐵市場發展趨勢分析提到對比中國在氫冶金領域的探索始於2006年，隨著技術的不斷進步和資源條件的逐步完善，中國鋼鐵行業在豎爐氫冶金方面取得了顯著進展。河鋼集團張宣科技在2022年建成了全球首例60萬噸/年基於焦爐煤氣零重整的氫基豎爐還原示範項目，標誌著中國在氫冶金技術方面取得了重要突破。該工藝以焦爐煤氣為氣源，採用零重整工藝，減少了重整過程中的能量消耗和設備投資。與山西中晉相比，不設置爐外重整設備，大幅減少基建投資和占地成本;和寶武湛江相比，張宣科技氫基豎爐氣體來源單一，操作更簡單靈活，開爐時間短且還原效率高，自投產以來穩定順產。

  三、河鋼HyMEX焦爐煤氣零重整

  豎爐氫冶金工藝技術創新與運行狀況河鋼集團的HyMEX項目在工藝技術創新方面取得了顯著成果。該工藝以焦爐煤氣為氣源，主要工藝流程包括焦爐煤氣補充、豎爐錐部改質與冷卻淨化後的爐頂煤氣混合、混合後的工藝氣脫水、加壓、脫除CO₂、加濕、加熱爐加熱、噴氧提溫等步驟。其核心工藝為焦爐煤氣零重整技術，減少了重整過程中的能量消耗和設備投資。採用的焦爐煤氣中H₂體積分數為55%-65%，CO體積分數為5.7%以上，CH₄體積分數為20%左右。在豎爐內直接還原鐵的催化作用下，焦爐煤氣中CH₄與H₂O/CO₂發生原位重整反應，裂解生成H₂和CO，還原氣中φH₂/φCO可達8以上，是目前工業化生產H₂體積分數最高的直接還原煉鐵工藝。

  四、中國鋼鐵行業豎爐氫冶金髮展前景分析

  隨著氫冶金產業規模的擴大，上下游產業協同發展，將形成規模經濟效應。例如，氫氣的運輸、儲存等配套產業的發展，將降低氫氣的供應成本;直接還原鐵產量的增加，將帶動下游鋼鐵加工產業的發展，提高產業附加值。中國鋼鐵行業自產的富氫焦爐煤氣為氫冶金髮展提供了良好的資源條件。據不完全統計，國內每年副產的焦爐煤氣達到2000億立方米，焦爐煤氣制氫技術相對成熟，可為氫冶金提供氫源，並且焦爐煤氣「零重整」工藝日臻成熟，可直接採用焦爐煤氣生產DRI，與使用天然氣還原相比成本大幅度降低。

  五、結論與展望

  氫冶金是國際公認的鋼鐵行業實現低碳發展的革命性路徑之一，是徹底解決鋼鐵生產的能源和碳排放問題的核心技術，也是低碳、「零碳」鋼鐵產品研發，推動構建產業生態圈的重要基礎。氣基豎爐氫冶金直接還原技術具有還原氣體富氫率高、環境污染小、流程短的特點，更適合氫冶金髮展方向，已形成成熟的技術體系，並在全球範圍內得到工程應用。中國天然氣自然資源匱乏，目前焦爐煤氣是中國豎爐氫冶金的首選氣源，焦爐煤氣零重整豎爐氫冶金技術是當前最符合中國資源稟賦、最科學合理的技術。展望未來，隨著氫冶金及電爐配套冶煉技術的不斷成熟、可再生能源制氫技術的不斷進步，綠氫將逐漸成為豎爐氫冶金的主要氫氣來源，這將進一步推動鋼鐵行業向零碳排放的目標邁進。