专刊：科技支撑“双碳”目标实现S&T Supporting Realization of Carbon Peak and Carbon Neutrality Goals关键核心技术突破Breakthroughs in Key and Core Technologies引用格式：张锁江，张香平，葛蔚等.工业过程绿色低碳投术中国科学院院刊，2022,37(4)：511-52137(4):511-521.(in Chinese)工业过程绿色低碳技术张锁江张香平葛蔚石春艳中国科学院过程工程研究所北京100190摘要针对钢铁、有色、化工、建材四大高碳排放行业，通过调研和分析，提出了绿氢/绿电替代、原产品结构调整、工艺流程再造、数字化和智能化的4个低碳化策略。结合不同行业的技术发展现状和趋势，建议了若干拟重点发展的先进低碳技术，凝练出需解决的关键科学技术摊题，并提出：了加快新技术应用及产业转型升级的建议和举措，以期为工业低碳绿色发展提供支撑。关键词工业过程，碳中和，低碳技术，工业智能化，行业耦合D0I10.16418f.is5m.1000-3045.20220322002碳中和是国家重大战略，工业碳中和是我国实现总碳排放约39%（不包括工业用电间接排放）①。工业“双碳”目标的重中之重。2022年1月，习近平总书碳减排任务艰巨，迫切需要从理论到技术的系统性变记在中共中央政治局第三十六次集体学习中指出，要革。下大气力推动钢铁、有色、石化、化工、建材等传统本文在调研和分析我国工业过程不同行业用能及产业优化升级，加快工业领域低碳工艺革新和数字碳排放情况基础上，提出了绿氢/绿电替代、原料/产化转型。我国是工业大国，工业产值占世界总量的品结构调整、工艺流程再造、数字化和智能化的4个约30%。在我国的工业领域中，钢铁、有色、化工、低碳化策略。论述了工业碳中和技术现状和发展趋建材四大行业占我国国内生产总值(GDP)的约20%，势，列举了若干需要重点突破的绿色低碳变革性技占全国工业产值的一半左右；但同时，工业领域也是术，提出了相关建议和举措，展望了工业碳中和的愿二氧化碳(CO2)排放的主要来源，其碳排放占我国景。*通信作者修改稿收到日期：2022年4月6日①中国科学院学部重大咨询项目，中国碳中和框架路线图研究，2021，关键核心技术突破碳12.3亿吨（不含用电间接排碳），约占全国碳排放1工业碳排放现状及低碳技术量的15%左右，是我国高碳排放行业之一。工业碳中和不是孤立的，而是一个系统工程我国钢铁治炼技术主要以高炉转炉长流程为(图1)，不仅要考虑工业用能，如供热、供电等间主，主要的排碳单元是高炉炼铁过程，占总碳排放接排放的CO2,还要考虑工业原料的加工和转化过程的74%左右。碳作为还原剂和热源产生大量C02,因中直接排放的CO2。工业过程流程复杂、物流能流体此减排的关键是碳原料替代和流程变革。钢铁行业碳系庞大，各产业往往孤立运行、集成度不够，要实现中和的可能路径除产业结构调整及随着社会进步需求工业碳中和需要从3方面发力：①变革现有高物耗、降低外，更重要的是发展氢治金、废钢回用短流程技高能耗、高碳排放的工业发展模式，如采用绿氢绿电术、富氧高炉、钢化联产、余热余能利用等)。其替代现有化石资源为主的能源供给系统，调整原料/产中，氢治金和废钢回用短流程技术在未来的碳减排中品结构等，实现传统工业模式的低碳升级；②加强理潜力和比重较大。论创新和原创技术突破，通过技术创新、产业结构调(1)氢冶金技术。发展氢治金是钢铁行业低碳整、工艺流程重构等，开发新一代绿色低碳变革性技绿色发展的重要方向，其原理是利用氢代替碳作为术；③高度重视钢铁、有色、化工、建材等行业间的还原剂的钢铁冶炼过程。氢气是一种优良的还原剂和协同联动和耦合减碳集成技术研究，以及绿色低碳智清洁燃料，用氢气取代碳作为还原剂和能量源，不排能化数字化。放CO2。氢冶金工艺可分为富氢还原和纯氢还原。由1.1钢铁行业低碳技术于纯氢还原受大规模制氢技术和成本的限制，富氢还我国是世界最大的钢铁生产消费国。2020年原得到了优先发展。在富氢高炉炼铁方面，向高炉中我国粗钢产量为10.6亿吨左右，约占世界粗钢产量喷吹焦炉煤气、天然气等均是传统高炉冶金向氢冶金的57%；总能耗5.8亿吨标准煤左右，约占全国总能耗技术转变近期切实可行的技术路线。现有日本环境和的11.6%2：总二氧化碳排放约14.5亿吨，其中直接排谐型炼铁工艺技术开发项目(COURSE50)、韩国浦工业低碳变革性工艺低碳零碳能源碳捕集利用及增汇钢铁有色化工存储封存低水泥co绿绿电绿生物质低碳灵活发电多行业锡合技术绿氢绿电替代、原料替代、流程再造及系统集成图1工业碳中和系统Figure 1 Industrial carbon neutral systems②中国节能协会治金工业节能专业委员会，治金工业规划研究院，中国钢铁工业节能低碳发展报告，220.