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鋼鐵與能源化工碰撞出潔凈新“火花”

2019-8-5 08:57 來源: 中國科學(xué)報(bào) |作者: 韓揚(yáng)眉

“隔行如隔山。最近,我跟鋼鐵企業(yè)負(fù)責(zé)人交流才知道,他們拼命想減少排放的鋼鐵尾氣,正是我們煤化工行業(yè)寶貴的原料資源。”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的言語中充滿了“相見恨晚”之感。近年來,他一直在尋找來源更廣泛的化工原料,而“鋼鐵尾氣”讓他看到了新的希望。

與此同時(shí),中國工程院院士、寶鋼股份中央研究院副院長毛新平也一直在思考鋼鐵行業(yè)生態(tài)化、高質(zhì)量發(fā)展的問題。他坦承,“鋼廠產(chǎn)生的尾氣是溫室氣體的主要來源,這也是鋼鐵行業(yè)飽受詬病的一個(gè)重要原因。鋼鐵尾氣的未來趨勢一定是高值化、資源化利用。”

近日,“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”

無論是大會(huì)報(bào)告還是臺(tái)下交流,兩大行業(yè)代表談?wù)撟疃嗟氖恰拔帐帧钡闹匾浴?/div>

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年突破1億噸至今,中國鋼鐵總產(chǎn)量已連續(xù)23年穩(wěn)居世界第一。

毛新平告訴《中國科學(xué)報(bào)》:“從未來很長一段時(shí)間來看,我們依然還會(huì)是生產(chǎn)大國、消費(fèi)大國,將在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。今后,我們甚至?xí)蔀殇撹F制造技術(shù)的創(chuàng)新中心?!?/div>

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,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”,俗稱鋼鐵尾氣,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)狻⒁谎趸?、二氧化碳和氫氣?/div>

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)工藝到安裝凈化裝置,他們想盡辦法“少出氣、出凈氣”。

不過,這“三股氣”在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。

“鋼鐵行業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn),但現(xiàn)在一提鋼鐵,就跟污染聯(lián)系上了。從某種程度上來說,鋼鐵被妖魔化了。”劉中民說。

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。“用煤來制乙醇,首先要制合成氣,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?!?/div>

技術(shù)成熟無障礙 降低能源對(duì)外依賴

近年來,在中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院和中科院A類先導(dǎo)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在提純后可直接用于合成數(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。同年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,投資節(jié)約了70%,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,因此相比發(fā)電,鋼化聯(lián)產(chǎn)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。

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)還有利于降低我國能源的對(duì)外依賴度。

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?!泵缕秸f。

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)?又該如何解決?這仍需深入探索。

比如,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?

毛新平認(rèn)為,這要算兩筆賬: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,把未來鋼廠尾氣的綜合利用推向了一個(gè)新高度。不過,在具體操作過程中,每個(gè)鋼廠需具體情況具體分析?!?/div>

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、安全高效的能源新體系。“體系中不能不考慮與鋼鐵行業(yè)的耦合與協(xié)調(diào)。”他說。

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