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钢铁与能源化工碰撞出洁净新“火花”
2019-08-05 08:16:34 中国科学报

  “隔行如隔山。最近,我跟钢铁企业负责人交流才知道,他们拼命想减少排放的钢铁尾气,正是我们煤化工行业宝贵的原料资源。”中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民的言语中充满了“相见恨晚”之感。近年来,他一直在寻找来源更广泛的化工原料,而“钢铁尾气”让他看到了新的希望。

  与此同时,中国工程院院士、宝钢股份中央研究院副院长毛新平也一直在思考钢铁行业生态化、高质量发展的问题。他坦承,“钢厂产生的尾气是温室气体的主要来源,这也是钢铁行业饱受诟病的一个重要原因。钢铁尾气的未来趋势一定是高值化、资源化利用。”

  近日,“第一届全国钢铁与能源化工行业协调发展研讨会”在大连召开,两大行业实现跨界联盟。会议聚集了全国钢铁行业、能源化工行业的知名学者和企业家,共同探讨钢铁与能源化工行业的协调发展问题。

  钢厂的废气化工的“宝贝”

  无论是大会报告还是台下交流,两大行业代表谈论最多的是“握手”的重要性。

  作为国民经济的支柱行业,改革开放以来,钢铁行业实现了举世瞩目的跨越式发展。自1996年突破1亿吨至今,中国钢铁总产量已连续23年稳居世界第一。

  毛新平告诉《中国科学报》:“从未来很长一段时间来看,我们依然还会是生产大国、消费大国,将在经济社会发展中发挥更加重要的作用。今后,我们甚至会成为钢铁制造技术的创新中心。”

  然而,现实是,随着钢铁产能增长,钢铁工业尾气排放量也在不断提高,能源消耗和各类废弃物排放已成为当前制约行业发展的瓶颈。

  钢铁制造多以铁矿石为原料,这一炼铁工艺会产生“三股气”,俗称钢铁尾气,主要包括焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气。主要成分是氮气、一氧化碳、二氧化碳和氢气。

  传统的钢铁尾气处理方式主要是供热和发电,但尾气中含大量氮气,热值低,直接燃烧经济效益差,且同时会产生大量二氧化碳,加剧温室效应。这“三股气”让钢铁人头疼了几十年,从改造生产工艺到安装净化装置,他们想尽办法“少出气、出净气”。

  不过,这“三股气”在刘中民眼中却是宝贵资源——制燃料乙醇的原料。

  在能源化工领域,化工合成原料主要是煤、石油和天然气,而我国煤炭产地条件苛刻、燃煤环境压力大,石油和天然气资源匮乏。刘中民致力于煤化工技术开发和产业化数十年,他深知化工原料供应不足是制约我国能源化工行业发展的重要瓶颈,也一直在寻找新的可替代方案。

  “钢铁行业作出了巨大贡献,但现在一提钢铁,就跟污染联系上了。从某种程度上来说,钢铁被妖魔化了。”刘中民说。

  刘中民表示,钢铁尾气中的一氧化碳和氢气是重要的化工原料。“用煤来制乙醇,首先要制合成气,而这一工序投资巨大,成本约占整个工程的1/3以上。如果利用钢厂现有尾气资源,绕过造气阶段,可节省大量投资并有效减少二氧化碳排放。”

  技术成熟无障碍降低能源对外依赖

  近年来,在中科院洁净能源创新研究院和中科院A类先导专项的支持下,刘中民团队针对钢厂工业尾气的组成与特点,开发出了以一氧化碳与氢气为主要原料制备燃料乙醇的高效清洁转化利用路线,统称甲醇/合成气经二甲醚羰基化制无水乙醇(DMTE)技术。

  这是我国具有完全自主知识产权的专利技术。与化工合成原材料煤炭、天然气、石油等一次能源相比,钢铁尾气中的一氧化碳和氢气在提纯后可直接用于合成数量可观、附加值高、高品质的化学品。

  会上,有钢铁企业负责人对于这一“陌生”的化工技术表示了担忧:技术安全性如何?是否会产生污染?经济性如何?

  “技术上没有障碍,已经成熟。”刘中民回应道。

  延长石油北京石油化工工程有限公司也用实践打消了企业负责人的疑虑。早在2017年1月,依托DMTE技术兴建的10万吨/年合成气制乙醇工业示范装置已开工,它标志着中国合成气制乙醇技术正式迈入大规模工业化时代。同年11月初,以该装置产品调配的E10乙醇汽油通过了国家石油燃料监督检验中心(河南)认证并达到国家标准,DMTE技术被认为是同类工艺路线中最可靠、最稳定、最具创新性的技术路线。

  该公司副总经理田平汉表示,由于省去了复杂的煤气化工艺,投资节约了70%,一氧化碳成本可降低66%~80%。此外,化工合成将一氧化碳固化在化工产品中而非转化为二氧化碳排放至大气,因此相比发电,钢化联产会降低钢铁企业的碳排放量。以50万吨/年乙醇装置计算,每年二氧化碳减排量约为52万吨。

  值得一提的是,用钢铁尾气制乙醇,不仅解决了钢铁行业的难题、降低了煤化工行业的成本,同时还有利于降低我国能源的对外依赖度。

  从“握手”到“联姻”政策引导不能少

  “过去钢铁和化工行业各自‘关起门’来,干得热火朝天。未来,国家产业要向生态化方向发展,需要建立一个相关行业深度融合的生态化的工业产业链。”毛新平说。

  然而,这两大行业均关系国家命脉,它们在深度融合中将面临哪些困难和挑战?又该如何解决?这仍需深入探索。

  比如,与发电及其他尾气处理技术相比,钢铁尾气转化为化工原料,究竟是盈了还是亏了?

  毛新平认为,这要算两笔账:经济账和环保账。他与河钢集团唐山公司曾做过经济可行性分析,后者的收益率比前者增加了约15%。“DMTE技术在生产效率、转化效率和成本方面更具优势,把未来钢厂尾气的综合利用推向了一个新高度。不过,在具体操作过程中,每个钢厂需具体情况具体分析。”

  刘中民也表示,合成气转化的技术很多,企业要根据自己的特点,综合考虑地理条件、市场需求等,合理选择技术方案。不要一拥而上,避免造成产能过剩。

  此外,要推动两大行业从“握手”走向“联姻”,顶层设计不能缺席。

  “这需要综合考虑,对行业进行统一布局。”刘中民的设想是,通过技术创新实现多种能源之间的互补融合,以构建国家清洁低碳、安全高效的能源新体系。“体系中不能不考虑与钢铁行业的耦合与协调。”他说。

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