鋼鐵與能源化工碰撞出潔凈新“火花”

2019年7月26日，“第一屆全國鋼鐵與能源化工行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展研討會(huì)”在大連召開，兩大行業(yè)實(shí)現(xiàn)跨界聯(lián)盟。會(huì)議聚集了全國鋼鐵行業(yè)、能源化工行業(yè)的知名學(xué)者和企業(yè)家，共同探討鋼鐵與能源化工行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展問題。

鋼廠的廢氣，化工的“寶貝”

作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，改革開放以來，鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)了舉世矚目的跨越式發(fā)展。自1996年中國鋼鐵生產(chǎn)突破1億噸總產(chǎn)量至今，中國已連續(xù)23年穩(wěn)居世界第一。

然而，現(xiàn)實(shí)是，隨著鋼鐵產(chǎn)能增長，鋼鐵工業(yè)尾氣排放量也在不斷提高。其能源消耗和各類廢棄物排放已成為當(dāng)前制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

鋼鐵制造多以鐵礦石為原料，這一煉鐵工藝會(huì)產(chǎn)生“三股氣”，俗稱鋼廠尾氣，主要包括焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣。主要成分是氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳和氫氣?/p>

傳統(tǒng)的鋼鐵尾氣處理方式主要是供熱和發(fā)電，但尾氣中含大量氮?dú)?，熱值低，直接燃燒?jīng)濟(jì)效益差，且同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，加劇溫室效應(yīng)。這“三股氣”讓鋼鐵人頭疼了幾十年，從改造生產(chǎn)工藝到安置凈化裝置，他們想盡辦法“少出氣、出凈氣”。

不過，這“三股氣”在中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長劉中民眼中卻是寶貴資源——制燃料乙醇的原料。

在能源化工領(lǐng)域，化工合成原料主要是煤、石油和天然氣，而我國煤炭產(chǎn)地條件苛刻、燃煤環(huán)境壓力大，石油和天然氣資源匱乏。劉中民致力于煤化工技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化數(shù)十年，他深知化工原料供應(yīng)不足是制約我國能源化工行業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，也一直在尋找新的可替代方案。

劉中民表示，鋼鐵尾氣中的一氧化碳和氫氣是重要的化工原料?！坝妹簛碇埔掖?，首先需要先制合成氣，而這一工序投資巨大，成本約占整個(gè)工程的1/3以上。如果利用鋼廠現(xiàn)有尾氣資源，繞過造氣階段，可節(jié)省大量投資并有效減少二氧化碳排放。”

技術(shù)成熟無障礙，糧食安全有保障

近年來，在中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院和中科院先導(dǎo)A科技專項(xiàng)的支持下，劉中民團(tuán)隊(duì)針對(duì)鋼廠工業(yè)尾氣的組成與特點(diǎn)，開發(fā)出了以一氧化碳與氫氣為主要原料制備燃料乙醇的高效清潔轉(zhuǎn)化利用路線，統(tǒng)稱甲醇/合成氣經(jīng)二甲醚羰基化制無水乙醇（DMTE）技術(shù)。

這是我國具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。與化工合成原材料煤炭、天然氣、石油等一次能源相比，鋼鐵尾氣中的一氧化碳和氫氣可通過提純后直接用于合成數(shù)量可觀、附加值高、高品質(zhì)的化學(xué)品。

會(huì)上，有鋼鐵企業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)于這一“陌生”的化工技術(shù)表示了擔(dān)憂：技術(shù)安全性如何？是否會(huì)產(chǎn)生污染？經(jīng)濟(jì)性如何？

“技術(shù)上沒有障礙，已經(jīng)成熟?！眲⒅忻窕貞?yīng)道。

延長石油北京石油化工工程有限公司也用實(shí)踐打消了企業(yè)負(fù)責(zé)人們的疑慮。早在2017年1月，依托DMTE技術(shù)興建的10萬噸/年合成氣制乙醇工業(yè)示范裝置已開工，它標(biāo)志著中國合成氣制乙醇技術(shù)正式邁入大規(guī)模工業(yè)化時(shí)代。2017年11月初，以該裝置產(chǎn)品調(diào)配的E10乙醇汽油通過了國家石油燃料監(jiān)督檢驗(yàn)中心（河南）認(rèn)證并達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，DMTE技術(shù)被認(rèn)為是同類工藝路線中最可靠、最穩(wěn)定、最具創(chuàng)新性的技術(shù)路線。

該公司副總經(jīng)理田平漢表示，由于省去了復(fù)雜的煤氣化工藝，節(jié)約了70%的投資，一氧化碳成本可降低66%～80%。此外，化工合成將一氧化碳固化在化工產(chǎn)品中而非轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放至大氣，因此，鋼化聯(lián)產(chǎn)相比發(fā)電會(huì)降低鋼鐵企業(yè)的碳排放量。以50萬噸/年乙醇裝置計(jì)算，每年二氧化碳減排量約為52萬噸。

2018年，新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司緊隨其后，依托該技術(shù)，開展年產(chǎn)120萬噸合成氣制乙醇項(xiàng)目一期——60萬噸/年合成氣制乙醇項(xiàng)目建設(shè)，目前正處在實(shí)施方案設(shè)計(jì)中。

值得一提的是，用鋼鐵尾氣制乙醇，不僅解決了鋼鐵行業(yè)的難題、降低了煤化工行業(yè)的成本，同時(shí)還有利于保障國家糧食安全，降低我國能源的對(duì)外依賴度。

作為國家重點(diǎn)培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，燃料乙醇有著廣闊的市場前景。預(yù)計(jì)到2020年，我國將在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油。屆時(shí)，全國乙醇年需求量將達(dá)到約1 200萬噸。

從“握手”到“聯(lián)姻”，政策引導(dǎo)不能少

“過去鋼鐵和化工行業(yè)各自‘關(guān)起門’來，干得熱火朝天。未來，國家產(chǎn)業(yè)要向生態(tài)化方向發(fā)展，需要建立一個(gè)相關(guān)行業(yè)深度融合的生態(tài)化的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。”毛新平說。

然而，這兩大行業(yè)均關(guān)系國家命脈，它們?cè)谏疃热诤现袑⒚媾R哪些困難和挑戰(zhàn)，仍需深入探索。

比如，就鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益而言，與發(fā)電及其他尾氣處理技術(shù)相比，鋼鐵尾氣轉(zhuǎn)化為化工原料，究竟是盈了還是虧了？

中國工程院院士、寶鋼股份中央研究院副院長毛新平認(rèn)為，這得算兩筆賬：經(jīng)濟(jì)賬和環(huán)保賬。他與河鋼集團(tuán)唐山公司曾做過經(jīng)濟(jì)可行性分析，后者的收益率比前者增加了約15%。“DMTE技術(shù)在生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)化效率和成本方面更具優(yōu)勢(shì)，把未來鋼廠尾氣的綜合利用推向了一個(gè)新的高度。不過，在具體操作過程中，每個(gè)鋼廠需要具體情況具體分析?！?/p>

劉中民也表示，合成氣轉(zhuǎn)化的技術(shù)很多，企業(yè)要根據(jù)自己的特點(diǎn)，綜合考慮地理?xiàng)l件、市場需求等，合理選擇技術(shù)方案。不要一擁而上，避免造成產(chǎn)能過剩。

此外，要推動(dòng)兩大行業(yè)從“握手”走向“聯(lián)姻”，頂層設(shè)計(jì)不能缺席。

“這需要綜合考慮，對(duì)行業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一布局。”劉中民的設(shè)想是，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多種能源之間的互補(bǔ)融合，以構(gòu)建國家清潔低碳、安全高效能源新體系?！斑@個(gè)體系中不能不考慮與鋼鐵行業(yè)的耦合與協(xié)調(diào)?！?/p>

（來源：http：//news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/8/428957.shtm）