近日，402永利集团氢冶金低碳技术团队对高炉富氢低碳冶炼：氢-煤-氧协同复合高效喷吹关键技术研究取得进展，成果发表在期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子：13.2），论文题目为“Triple synergistic mechanism of hydrogen enrichment enhanced char gasification governed by interfacial reaction centers: Adsorption promotion, activation of ablation reaction, and facilitated desorption”。论文第一作者为博士研究生梁蕾。
以氢代碳、氢冶金是钢铁生产低碳化的重要技术。氢冶金主要有两条路线，一条是高炉富氢冶炼技术，另一条是非高炉的氢基直接还原技术。目前，中国粗钢年产量10亿吨，90%是通过传统的高炉-转炉长流程生产的，高炉炼铁是CO2排放量最大的工序，占全流程碳排放量的75%。基于国情，目前应着力推进高炉富氢冶炼技术完善和推广应用。如何实现氢-煤-氧的协同复合高效喷吹是构建高炉富氢低碳冶炼技术和工艺原型亟待解决的关键问题之一。本研究采用实验和DFT计算相结合，从界面反应中心视角提出煤焦气化反应本质上依赖于界面活性反应中心的可获得性。富氢环境有利于反应中心的生成与暴露，同时H₂O在反应中心上的吸附能显著低于CO₂，使其更易发生初始吸附并优先触发反应。进一步研究发现，H₂O参与的关键反应路径具有低活化能甚至近无势垒特征，可显著强化煤焦气化过程中的反应活性。同时，富氢条件促进碳层断裂与结构重构，加速气体产物脱附，从而维持连续气化反应循环。综合来看，富氢气氛通过“界面反应中心增殖—优先吸附构型形成—低势垒反应路径激活—产物脱附增强”的协同作用机制，显著提升了煤焦气化反应速率。该研究从微观反应机理层面揭示了富氢条件强化煤粉燃尽与煤焦气化的本质原因，为实现风口煤粉燃烧气化率、回旋区热状态和空间维度的协同合理调控及工艺优化提供了重要理论支撑。
该研究得到了国家自然科学基金重点项目（高炉富氢低碳冶炼机理及调控技术（No.52334009））、上海市首批双碳专项（高炉富氢低碳冶炼关键工艺技术研究与示范（No.21DZ1208900））的支持。
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