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文/趙英傑 易群 王濤 韓建超 崔陽 劉倩 任忠凱 劉元銘 黃慶學，煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室 太原理工大學，中國工程科學
一、前言
鋼鐵行業是化石能源消耗密集型行業，相關溫室氣體排放約佔世界總排放量的7%；全球近75%的鋼鐵生產採用高爐（鍊鐵）、轉爐（鍊鋼）工藝，生產過程會向環境排放大量的CO2、硫化物、氮氧化物、汙水等。因此，世界各國都在積極尋求低能耗、低排放、高效率的鍊鐵鍊鋼工藝。我國作為世界最大的能源生產國與消費國，形成了規模龐大的煤炭、焦化、鋼鐵等能源消耗產業。相關產業為經濟社會發展作出了積極貢獻，但也伴生了環境、生態、能源安全等問題。全面推進能源生產消費革命與生態文明建設，實現能源與環境綠色和諧發展已成為重大任務。
直接還原鐵（DRI）工藝具有低硫、低磷、密度大、熱能高、尺寸規則等特點，生產環境友好，符合清潔化生產的需要；與高爐–轉爐工藝相比，採用氣基DRI–電爐鍊鋼工藝後，生產每噸鋼可減排CO2約0.83t。然而我國鋼鐵生產以高能耗、高排放的高爐–轉爐長流程鍊鋼為主（佔比高達90%），電爐鍊鋼佔比明顯偏低。相應地，我國鋼鐵行業的能源消耗以煤炭和焦炭為主（佔比高達92%），行業煤炭消耗約佔我國煤炭消費總量的18%，碳排放約佔全國總量的15%。我國煤炭、焦化、鋼鐵等行業的長遠發展，必然面臨資源、環境、生態等的約束，特別是隨著碳達峰、碳中和目標的提出，鋼鐵行業很難維持當前高爐–轉爐鍊鋼工藝的市場存量規模。DRI工藝是我國鋼鐵行業轉型發展的重要方向，應加速發展DRI–電爐短流程鍊鋼。DRI產品有害元素含量低、鐵的純度高，在電爐鍊鋼時可顯著降低鋼水中的雜質元素，是冶煉優質鋼、特殊鋼的理想純淨鐵料；有利於拓寬潔淨鋼、優質鋼的生產規模，改善鋼鐵產品結構，為高階鑄造、鐵合金、粉末冶金等工業過程提供主要原料。
DRI一般以精鐵礦為原料，採用富氫還原性氣體作為還原劑進行生產，在俄羅斯、伊朗、委內瑞拉等天然氣豐富的國家生產成本很低，具有明顯優勢。在我國，基於“富煤、貧氣、少油”的資源稟賦特徵，選擇以煤基氣源代替天然氣作為DRI的還原劑，可改善鋼鐵行業的能源供給結構，擺脫對煉焦煤資源短缺的羈絆，實現短流程或緊湊流程（廢鋼–電爐鍊鋼流程）鍊鋼，由此促進鋼鐵工業清潔化生產及可持續發展。廢鋼質量的持續降低是制約電爐鍊鋼發展的主要因素，而DRI生產的鋼鐵雜質少，使用後產生的廢鋼品質高，將是電爐冶煉純淨鋼的必備鐵源，如相關原料一般是50%~70%的廢鋼配加30%~50%的DRI。2019年，我國粗鋼產量為9.96億t，約佔世界總產量的53.12%；作為短流程或緊湊流程鍊鋼的主要原料，DRI產量僅為100萬t，約佔世界總產量的0.9%。這表明，我國發展DRI勢在必行。持續推動高階化、智慧化、綠色化、叢集化、規範化，是我國鋼鐵行業高質量發展的應有之義。
我國焦爐煤氣、煤成氣等富氫氣源豐富，加之在可再生能源制氫方面極富潛力，可為DRI提供可靠廉價的氫源，構成煤炭、焦化、鋼鐵行業升級轉型的基礎保障。積極發展氣基DRI技術，增加鋼鐵新品種（優質鋼、特殊鋼），增強高階冶煉產業的核心競爭力；構建新型綠色冶金等新興產業叢集及產業鏈，減少關聯行業的能源消耗與碳排放，有利於形成全球綠色鋼鐵行業的中國示範。
本文系統梳理國內外DRI技術與產業的發展現狀，剖析我國煤–焦–氫–鐵產業鏈涉及的關鍵技術路徑與發展潛力；以資源大省山西為例，分析煤–焦–氫–鐵產業鏈發展的技術路徑選擇，進而針對性提出我國煤–焦–氫–鐵產業高質量發展的對策建議，以期為我國乃至其他國家的煤炭、焦化、鋼鐵行業發展提供基礎性參考。
二、直接還原鐵技術的發展現狀（一）直接還原鐵發展態勢
根據還原劑的不同，DRI工藝分為氣基DRI、煤基（固–固）DRI兩大類，相應的經濟–技術性能對比見表1。與傳統高爐鍊鐵方法相比，DRI工藝汙染小、消耗少，不受煉焦煤短缺影響；氣基DRI相較煤基DRI，在能耗、單套裝置產量、碳排放等方面優勢更為明顯。近年來，世界DRI產量增長迅速，主要國家的產量情況見圖1。印度DRI產量居世界首位，因天然氣匱乏並最大限度減少對天然氣的依賴，積極發展以煤基氣源（焦爐煤氣、煤制氣、頁岩氣等）為還原劑的DRI（產量佔比近1/3）。
我國的DRI工藝技術研究始於20世紀50年代，1992年實現了DRI工藝投產；2010年DRI生產能力達到歷史最高的108萬t，約佔當年世界總產量的0.15%；DRI生產規模小、工藝不夠先進，以迴轉窯煤基直接還原工藝應用為主；2010年以來，為加快鋼鐵行業轉型升級、推動鋼鐵行業綠色可持續發展，生產工藝能耗大、汙染嚴重的DRI工廠相繼關停，全國DRI產量下降明顯。2019年，我國電爐鋼產量為1.032億t，約佔我國鋼鐵總產量的10%（世界相應比例為27.9%）。
從長遠看，我國廢鋼資源的不斷積蓄（供應增加），短流程新型工藝、低碳冶金、清潔能源等的拓展應用，將為鋼鐵行業的節能低碳注入新動力。
為改善鋼鐵產品生產結構與能源消費結構、擺脫焦煤資源對鋼鐵生產發展的制約，發展DRI是我國鋼鐵產業轉型升級的重要方向。根據國家行業性規劃，我國還原鐵的需求量高達9000萬t/a，而目前電爐鋼產量佔比過低導致廢鋼短缺且質量不高，DRI基本依賴進口；2019年進口量為273萬t，可能不利於高階鑄造及行業安全。
（二）我國直接還原鐵產業的具體進展
我國陸續建成了天津鋼管制造有限公司30萬t/a、北京密雲冶金礦山公司6.2萬t/a等6條迴轉窯DRI生產線，總產能近60萬t，但不少企業因市場競爭力、生產成本、環境保護等方面存在問題而停產。迴轉窯DRI法對原燃料的要求苛刻，能耗大（煤耗約950kg/t）、投資和執行費用高、穩定執行難度大、生產規模難以擴大（15萬t/座），因此在資源條件適宜的地區、中小規模的DRI生產方面可以較好運用，但難以成為DRI發展的主體技術。中東地區、印度的DRI發展經驗表明，利用氣基豎爐法生產DRI是迅速擴大產能的有效途徑。隨著我國天然氣資源開發、焦炭行業的改造整合，國內部分地區具備了發展氣基DRI的條件；煤制氣（包括焦爐煤氣，以工業氧、水蒸氣為氧化劑的煤制氣，地下煤氣化等）技術為發展煤制氣–豎爐直接還原鐵工藝提供了必要條件，氣基豎爐還原鐵將是我國行業發展的重要方向。
近年來，針對天然氣資源缺乏的客觀情況，我國開展了煤基氣源DRI技術研發並取得突破。山西中晉太行礦業有限公司以焦爐煤氣制合成氣作為還原氣，建設了DRI試驗裝置（產能為30萬t/a）及其配套裝置（氧化球團裝置、焦爐煤氣制合成氣裝置、豎爐裝置），2020年年底順利開車執行。該裝置採用了中晉還原鐵（CSDRI）技術方案，涵蓋自主研發的焦爐煤氣制還原氣工藝、德國MME公司波斯還原（PERED）工藝，是我國首套氣基豎爐還原鐵裝置、世界首套以焦爐煤氣為氣源的氣基還原鐵裝置；實現了我國氣基豎爐生產DRI的突破，為鋼鐵行業產品結構調整、提高鋼鐵品質探索了新途徑。
三、煤–焦–氫–鐵產業鏈發展技術路徑對比分析
氫氣按照制氫來源不同分為藍氫（化石能源制氫）、灰氫（工業副產品制氫）、綠氫（可再生能源制氫）。考慮富氫氣源的差異，結合我國能源供給與消費結構、資源稟賦、煤/焦/氫/鐵產業基礎，煤–焦–氫–鐵產業鏈的技術路徑主要有5條：煤直接氣化制氫耦合還原鐵、焦爐煤氣制氫耦合還原鐵、多能協同互補制氫耦合還原鐵、非常規天然氣制氫耦合還原鐵、低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣耦合還原鐵。
（一）不同關鍵技術路徑的特性分析1.煤直接氣化制氫耦合還原鐵
煤氣化是煤炭清潔高效利用的主要技術方向，煤氣化制氫也是當前我國最主要的制氫方式，煤氣化生產的氫氣可作為豎爐鍊鐵的還原劑。煤直接氣化制氫耦合還原鐵工藝流程一般包括煤氣化、煤氣淨化、CO變換、氫氣提純、豎爐鍊鐵（DRI）等生產環節（見圖2）。我國發展此類技術路徑具有資源稟賦優勢，工藝成熟、成本較低，但對環境影響較大，存在嚴重的碳排放問題。
2.焦爐煤氣制氫耦合還原鐵
焦爐煤氣是焦爐乾餾煤時產生的揮發性氣體，主要成分是氫氣（體積百分比為55%~60%）和甲烷（體積百分比為23%~25%）；從焦爐煤氣中提取氫氣，作為還原氣體進入豎爐來還原鐵礦石。焦爐煤氣制氫耦合還原鐵工藝流程一般包括焦爐煤氣淨化、氫氣提純、豎爐鍊鐵（DRI）等（見圖3）。
此類技術路徑可充分利用焦化行業副產的焦爐煤氣富氫資源優勢，為焦爐煤氣高值化利用提供了新思路；制氫工藝流程簡單，成熟度高。在短中期，焦爐煤氣與DRI的協同生產，能夠有效提高能源整體利用效率並減少碳排放；但對照長遠期的碳中和目標來看，焦爐煤氣仍存在碳排放問題，焦化產能將逐步削減，使得焦爐煤氣–灰氫DRI路徑逐步過渡到可再生能源–綠氫DRI路徑。
3.多能協同互補制氫耦合還原鐵
多能協同互補制氫指透過多種能源之間的相互匹配、梯級利用以高效低碳地生產氫能；氫氣作為還原氣體進入豎爐來還原鐵礦石（見圖4）。可再生能源的不穩定性、電力輸配限制造成“棄能”現象，透過耦合來源穩定、低成本的灰氫或藍氫，實現“棄能”的就地轉換利用，形成低碳、高效、穩定、低成本的氫源供給。此類技術路徑是未來低碳綠色制氫的主要途徑，可有效降低碳排放強度，發展潛力大；但存在地區性多種能源資源的空間分佈不匹配現象，儲能、多能耦合整合技術尚不成熟，需持續開展技術攻關並實施工程示範。
4.非常規天然氣制氫耦合還原鐵
非常規天然氣資源主要有煤層氣、頁岩氣、砂岩氣。相應技術路徑細分為兩種：非常規天然氣經鉬基催化制氫氣及苯等副產品，氫氣經過淨化等過程後直接進入豎爐，生產還原鐵；經水蒸氣重整轉化、變壓吸附等過程得到氫氣，然後進入豎爐生產還原鐵（見圖5）。在我國，煤炭開採過程中伴生了大量的非常規天然氣，低濃度瓦斯氣體的分離提濃技術是非常規天然氣利用的重要前提，但能耗高、成本高。儘管此類技術路徑有助於減少溫室氣體排放，但非常規天然氣屬於碳基能源，在碳中和目標的約束下，需要考慮非常規天然氣能源利用行業的整體佈局最佳化。
5.低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣耦合還原鐵
低階煤用於發電，效率低、汙染物排放大。開發低階煤改性結焦氣化一體化技術，是滿足冶金、機械、化工等行業的焦炭需求，減輕環境汙染的有效途徑。此類技術路徑是對低階煤改性結焦的延伸（見圖6）：將低階煤洗選獲得精煤，將不粘結的部分精煤與粘結性的煤進行配煤改性，製備具有一定粘結性的改性煤；與原精煤進行配煤高溫熱解，生成改性熱解炭與揮發性氣體；改性熱解炭經氣化後產生的氣化煤氣與富氫的揮發性氣體耦合形成富氫氣體，進入氣基豎爐中還原鐵礦石；另一部分氣化煤氣用於發電或經水煤氣變換制氫還原鐵。我國低階煤炭資源較為豐富，採用相關技術可減少高品質煤炭資源消耗、緩解優質煉焦煤短缺現象，但是碳排放係數依然較高。目前，此類技術路徑處於技術研發到工程示範的過渡階段，待技術成熟後將快速推動焦化–鋼鐵行業的融合發展。
（二）煤–焦–氫–鐵產業鏈技術路徑效能對比分析
在制氫還原鐵的整個生產過程中，鐵礦石價格是影響生產成本最大的因素；以上5種技術路徑的最大區別在於制氫方式的差異。①從能耗水平看，多能協同互補制氫的原料基本來源於風、光、生物質等可再生能源，採用電解水或生物質熱解/氣化等方式製取氫氣，能耗（16.2~19.8MJ/kgH2）為幾種路徑中的最低值；焦爐煤氣制氫生產流程簡單，能耗（34.3~139.7MJ/kgH2）略高於多能協同互補制氫；煤氣化制氫的能耗（200~240MJ/kgH2）水平最高。②從經濟性看，原料費用或當地基礎能源價格決定了化石能源制氫/電解制氫等工藝的氫氣生產成本；焦爐煤氣制氫的成本（0.3~1.5元/m3）最低；多能協同互補制氫的成本（0.4~5.0元/m3）浮動較大，這是由可再生能源制氫的不穩定性導致的。③從溫室氣體減排的角度看，多能協同制氫的碳排放量（1.2~2.0kgCO2eq/kgH2）最小，焦爐煤氣制氫（11.68~15.8kgCO2eq/kgH2）、非常規天然氣制氫（8.9~12.9kgCO2eq/kgH2）次之，煤氣化制氫（18.8~29.0kgCO2eq/kgH2）最大。
表2給出了5種煤–焦–氫–鐵產業鏈技術路徑的特性分析。在近期，鑑於我國能源轉型發展的迫切性，不推薦採用煤氣化制氫還原鐵技術，建議推廣技術成熟、經濟性良好的焦爐煤氣方案；非常規天然氣制氫還原鐵適宜在資源聚集區區域性推廣，以低品質的非常規天然氣利用為主；低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣還原鐵的優缺點均較突出，可作為重要儲備技術開展研究與示範。著眼長遠，焦爐煤氣制氫量受限於焦煤/焦炭的產能，必然面臨原料產能的瓶頸問題；多能協同互補制氫耦合還原鐵的環境友好特性突出，在實現技術突破後有望後來居上成為供氫還原鐵的主要來源（見表3）。
按照生產噸鋼需要消耗0.4tDRI計算，對應消耗240N·m3（21.36kg）氫氣；結合電爐鍊鋼工藝過程，對不同制氫技術耦合DRI–電爐生產鋼鐵的綜合性能（能耗、碳排放、經濟性）進行評價（見表4）。從能耗角度看，轉爐鍊鋼的能耗普遍高於DRI電爐鍊鋼；從碳排放角度看，轉爐鍊鋼碳排放高於DRI電爐鍊鋼；從成本角度看，DRI電爐鍊鋼的成本高於轉爐鍊鋼。整體而言，DRI電爐鍊鋼更具優勢。
四、煤–焦–氫–鐵產業鏈發展技術路徑案例分析
山西省是全國首個能源革命綜合改革試點地區，資源稟賦和產業基礎具備發展煤–焦–氫–鐵產業的巨大潛力。煤炭、焦化、鋼鐵三大傳統產業與氫能這一新興能源型別的深度結合，將積極驅動山西省綠色低碳轉型，同時為我國資源型地區高質量發展提供路徑借鑑。
（一）山西省能源資源稟賦與產業發展可行性
山西省制氫氣源豐富（見表5），可利用的焦爐煤氣約為194億N·m3，主要分佈在晉南的呂梁市、臨汾市、運城市、太原市、晉中市、長治市等地；晉北的大同市、朔州市、忻州市，晉南的運城市等地，風電、水電、光電儲能優勢明顯；全省煤成氣資源總量約為8.31萬億m3（佔全國的27.7%），晉城市、臨汾市、忻州市等地資源豐富。
按照生產1tDRI消耗618N·m3焦爐煤氣來估算，山西省焦爐煤氣可生產DRI3138萬t/a。可再生電力（執行時間為6000h/a）用於電解水制氫，每生產1N·m3的氫氣需消耗3.5~5kW·h電力，每生產1tDRI最低需消耗600N·m3氫氣，由此估算山西省可再生能源可生產DRI5124萬t/a。每生產1tDRI需消耗320N·m3的煤成氣（95%CH4），由此估算山西省可用於DRI生產的煤成氣產量為40億m3，即DRI生產潛力約為1250萬t/a。
2019年，山西省粗鋼總產量為6028萬t，產能利用率為81.7%，集中於晉中、晉南片區（見表6），其中運城市、太原市、臨汾市產量超過1000萬t，晉中市、呂梁市、晉城市、長治市產量約為300萬~600萬t。山西省焦炭產量為9696萬t，其中呂梁市產量為2575萬t，臨汾市、長治市、晉中市、運城市產量超過1000萬t。焦爐煤氣的產量與焦炭產量成正比，目前山西省的焦爐煤氣主要用於制甲醇，但甲醇市場存在產能過剩情況；富餘的焦爐煤氣用於制氫，在緩解產能過剩問題的同時，可拓寬焦爐煤氣資源化利用的途徑。基於山西省能源發展規劃，在短期內焦爐煤氣可生產氫氣用於DRI，未來可用於發展氫能。
山西省焦爐煤氣制氫耦合DRI生產與鋼鐵企業空間佈局最為匹配，集中在晉中、晉南地區；煤成氣耦合DRI生產與鋼鐵企業空間佈局基本吻合。可再生能源制氫耦合DRI生產與鋼鐵企業呈逆分佈，未來的規模化利用需構建氫氣運輸網路、匹配鋼鐵企業現有格局。按電爐生產噸鋼消耗40%DRI（一般為50%~70%廢鋼、30%~50%DRI）估算，焦爐煤氣制氫耦合DRI技術路徑可生產粗鋼總量為7845萬t，基本滿足現階段山西省對DRI的需求（粗鋼產能規劃為7380萬t）。煤成氣制氫耦合DRI技術路徑可生產粗鋼總量為3334萬t，在臨汾市、晉城市等焦爐煤氣資源相對不足的地區作為補充路徑。可再生能源制氫氣耦合DRI可生產粗鋼總量為1281萬t。因此，在短期內焦爐煤氣制氫耦合DRI技術路徑是山西省發展煤–焦–氫–鐵產業鏈的適宜選擇，在中長期可採用可再生能源制氫生產DRI。
（二）山西省產業技術路徑選擇
山西省各市不同路徑的制氫潛能見圖7。晉北地區（大同市、朔州市、忻州市）可再生能源制氫潛能較好，可再生能源以光電、風電為主；晉中南地區（晉城市、臨汾市、長治市等）氫能潛力以煤成氣制氫為主；晉中南地區（呂梁市、晉中市、臨汾市、長治市、運城市）的焦爐煤氣制氫潛力較大。在全國冶金行業綠色低碳發展、鋼鐵行業控制化石能源消耗的背景下，因煤氣化制氫的能耗與碳排放較大，不推薦煤氣化制氫耦合DRI作為主要生產路徑。山西省非常規天然氣資源豐富，相應分佈與鋼鐵產業分佈基本吻合，加之非常規天然氣制氫路線的經濟性、能耗、碳排放優於煤氣化制氫，因此非常規天然氣制氫耦合DRI是山西省近期可用的推廣方案。山西省焦化產能高達9000萬t，焦爐煤氣產量豐富，與鋼鐵產能佈局基本吻合，因此焦爐煤氣制氫耦合DRI路徑可有效解決焦爐煤氣低值利用問題，是山西省近期DRI生產的主要方式。
山西省可再生能源裝機量具有明顯優勢，但與鋼鐵產能分佈不匹配，在成本、儲氫、運氫等方面存在技術瓶頸，開展大規模應用尚有距離。低階煤改性結焦氣化一體化技術富氫燃料耦合DRI技術路徑，將焦化行業和鋼鐵行業進行科學串聯，可在解決煉焦煤資源短缺的同時實現焦化企業轉型發展，達到整體性的節能減排效果，在山西省部分地區或企業中宜率先推廣和示範應用。
（三）山西省產業發展目標與佈局1.發展目標
對標碳達峰、碳中和目標，山西省能源結構轉型和產業升級亟需加速推進。煤–焦–氫–鐵產業鏈能夠促進山西省煤炭、焦化、鋼鐵三大傳統產業，氫能這一新興能源產業進行深度融合，高效帶動山西省戰略新興產業協同發展、綠色低碳轉型。
近期（2021—2035年）以灰氫鍊鋼為主。在焦化集聚區、鋼焦聯合企業或園區，積極推廣焦爐煤氣制氫DRI；在非焦化集聚區（如晉北地區），優先推廣化石能源耦合可再生能源多能互補制氫DRI；其他區域穩步推廣非常規天然氣制氫DRI。立足鋼焦聯合的產業發展趨勢，近期以鋼焦聯合園區焦爐煤氣制氫DRI為主，藍氫耦合綠氫鍊鋼逐步實施專案示範。
中期（2035—2050年）以灰氫向綠氫鍊鋼過渡為主。隨著能源結構轉型的深入，山西省焦炭產量逐漸降低，而可再生能源發電比重不斷增加，煤–焦–氫–鐵產業將形成以化石能源耦合可再生能源多能互補制氫DRI、非常規天然氣制氫耦合DRI為主的產業格局。其中，晉北地區以化石能源耦合可再生能源多能互補制氫DRI為主，晉南地區以非常規天然氣制氫DRI、焦爐煤氣DRI並存的格局為主，逐步實現灰氫鍊鋼向綠氫鍊鋼轉換。
遠期（2050年以後）以綠氫鍊鋼為主。山西省加速發展灰氫、藍氫（非常規天然氣）鍊鋼向綠氫鍊鋼轉換，到2060年，煤–焦–氫–鐵路徑將以可再生能源為主，以帶有CCUS的非常規天然氣制氫技術為輔，形成以綠氫為主的煤–焦–氫–鐵產業鏈格局。
2.產業佈局
山西省煤–焦–氫–鐵產業鏈佈局建議如下：以朔州市為核心區域的晉北地區戰略儲備基地，以太原市、長治市、運城市為核心區域的產業集聚區；推進“太–長–運”三角發展佈局，打造“1+3”頂層發展格局。①晉北地區以化石能源耦合可再生能源多能互補制氫DRI為主，以低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣DRI為輔，開展低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣DRI專案示範，提高先進技術和裝置應用水平。②在焦化集聚區、鋼焦聯合企業或園區，推廣焦爐煤氣制氫DRI。③在瓦斯抽採利用園區及長治市、晉城市、臨汾市、運城市，推廣非常規天然氣制氫DRI，優先探索煤礦瓦斯DRI。④晉北三市（忻州、朔州、大同）和陽泉市的鋼鐵企業較少，可根據當地產業優勢開展先進技術研發示範與儲備，而不作為煤–焦–氫–鐵產業佈局的主要區域。
“京津冀”周邊地區協同發展的重要內容即建設世界級的清潔高效綠色低碳高階製造產業叢集，高階製造是鋼鐵行業轉型升級的核心驅動力。山西省煤–焦–氫–鐵產業鏈發展，將為“京津冀”周邊地區高階製造產業叢集提供優質高階特種鋼原材料，也是推進“京津冀”周邊地區能源、經濟、環境協同發展的重要舉措。山西省煤–焦–氫–鐵產業鏈發展主要分為以下三個階段。
在示範專案建設階段，晉城市優先佈局非常規天然氣制氫耦合DRI示範專案，運城市優先佈局可再生能源多能耦合制氫DRI專案；依託左權縣焦爐煤氣制氫耦合DRI示範專案的發展經驗，太原市、臨汾市、呂梁市優先推廣焦爐煤氣制氫耦合DRI示範專案；朔州市、長治市開展低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣耦合DRI儲備示範專案。非常規天然氣制氫耦合DRI、可再生能源多能耦合制氫DRI、低階煤改性結焦氣化一體化富氫燃料氣耦合DRI等技術路徑在2025年前進入專案中試、初期示範試驗階段，2030年前各建成示範專案。
在快速發展階段，到2035年，初步形成以朔州市為核心的晉北地區儲備基地，以太原市、長治市、運城市為核心區域的產業集聚區，煤–焦–氫–鐵三角發展佈局初具規模；在山西省鋼鐵企業中建設一批有特色、有市場的煤–焦–氫–鐵產業鏈專案；山西省煤–焦–氫–鐵產業規模（DRI產量）超過1000萬t，成為京津冀晉區域最大的煤–焦–氫–鐵產業發展區。到2050年，“太–長–運”煤–焦–氫–鐵產業叢集規模（DRI產量）達到2500萬t，成為國內規模第一。
在穩定鞏固期，到2060年，灰氫鍊鋼基本退出，綠氫鍊鋼蓬勃開展；“太–長–運”煤–焦–氫–鐵三角產業叢集規模保持穩定，產業發展質量顯著提升，代表我國行業發展水平。
五、我國煤–焦–氫–鐵產業鏈發展建議（一）樹立清潔低碳發展理念，以理念創新驅動能源革命
完整、準確、全面地貫徹落實新發展理念，對標碳達峰、碳中和目標開展能源革命和生態文明建設。結合煤–焦–氫–鐵產業鏈不同技術路徑的能源資源轉化特點，統籌能源生產消費革命、能源科技革命、產業結構調整、戰略性低碳清潔產業的戰略發展目標；將煤炭清潔高效利用、化解焦化行業過剩產能、氫能產業發展規劃、鋼鐵行業減量/調整/升級作為推動能源革命的重點內容，力求實現煤–焦–氫–鐵產業鏈的清潔高效綠色低碳發展並與國家能源轉型戰略相銜接，全方位保障生態文明建設。
（二）推進能源轉型發展，將能源資源優勢轉化為發展優勢
準確把握清潔低碳的能源發展態勢，制定煤–焦–氫–鐵產業鏈涉及領域的能源轉型戰略，更好落實煤–焦–氫–鐵產業鏈發展戰略。發揮煤–焦–氫–鐵產業鏈在連通傳統產業和新興產業、融合傳統產業與新興產業方面的紐帶作用，促進新舊動能轉換。作為產業鏈上游的煤、焦將逐漸減產並弱化，其角色逐步由供氫載體向輔助、儲備過渡；煤–焦–氫–鐵產業鏈應保持必要的動態調整，著眼長遠制定灰氫應用的過渡與退出機制。合理延伸煤–焦–氫–鐵產業鏈條，有效聯合並協同推進能源生產與消費革命涉及的諸多產業，積極融合碳基/碳合成材料、高階鑄造等產業方向，提高產業附加值以建立發展優勢。將氫、鐵作為產業核心，煤、焦作為產業助推器，推動焦爐煤氣制氫耦合DRI等焦爐煤氣綜合利用，避免出現為發展煤–焦–氫–鐵而增加焦化產能的現象。
（三）注重頂層設計，制定產業叢集整體發展規劃
建議加強頂層設計，協調山西、河北、山東等重點省份的煤–焦–氫–鐵產業鏈叢集建設工作，論證出臺“我國煤–焦–氫–鐵產業叢集開發總體規劃”。突破行政區域和關聯行業的界限壁壘，科學分工併合理安排煤–焦–氫–鐵產業鏈的上下游產品佈局，消除重複建設、盲目投資、惡性競爭、產能過剩，實現區域資源互補，拓展經濟社會發展新局面。綜合考慮地理區位、生產要素、產業關聯等因素，因地制宜推廣多元化的煤–焦–氫–鐵產業鏈技術，完善產業叢集規劃；以鋼鐵產業調整為目標，以產業整合協同為抓手，以技術創新為關鍵，合理確定產業結構並配置產能，不走“先建設、後調整”的老路。
（四）完善政策、科技、人才要素，支撐產業高質量發展
加強政策引導與支援，科學構建我國煤–焦–氫–鐵產業鏈發展政策體系。在示範專案審批、立項、運營等方面，給予必要的政策支援，落實規範的審批程式，營造優良的新型產業政策環境，形成政府引導、企業為主、社會參與的煤–焦–氫–鐵產業多元化格局。針對高校、科研院所、企業的用人特點，最佳化人才培育機制，合理設定煤–焦–氫–鐵產業鏈研究課題；在國家級科技計劃（專項）層面積極部署，攻克基礎理論、關鍵共性技術，尤其是“卡脖子”技術與裝備，搶佔技術制高點並培養優秀人才和創新團隊。以企業為主要平臺，培養煤–焦–氫–鐵產業亟需、兼具工程和管理經驗的複合型人才，同步開展煤–焦–氫–鐵產業鏈關鍵技術領域高階人才引進工作。
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