“隔行如隔山。最近，我跟鋼鐵企業(yè)的負責(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，他一直在尋找更廣泛來源的化工原料，而“鋼鐵尾氣”讓他看到了新的希望。與此同時，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”在大連召開，兩大行業(yè)實現(xiàn)跨界聯(lián)盟。會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”
無論是大會報告，還是臺下交流，兩大行業(yè)代表們談?wù)撟疃嗟氖恰拔帐帧钡闹匾浴?/p>
作為國民經(jīng)濟的支柱行業(yè)，改革開放以來，鋼鐵行業(yè)實現(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。
毛新平告訴《中國科學(xué)報》：“我國是世界鋼鐵大國，從未來很長一段時間來看，我們依然還會是生產(chǎn)大國、消費大國，還將在經(jīng)濟社會發(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。”
然而，現(xiàn)實是，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。主要成分是氮氣、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。
傳統(tǒng)的鋼鐵尾氣處理方式主要是供熱和發(fā)電。由于尾氣中含大量氮氣，熱值低，直接燃燒經(jīng)濟效益差，且同時會產(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，但一提鋼鐵，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，首先需要先制合成氣，而這一工序投資巨大，成本約占整個工程的三分之一以上。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科技專項的支持下，劉中民團隊針對鋼廠工業(yè)尾氣的組成與特點，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。
會上，有鋼鐵企業(yè)負責(zé)人對于這一“陌生”的化工技術(shù)表示了擔(dān)憂：技術(shù)安全性如何？是否會產(chǎn)生污染？經(jīng)濟性如何？
“技術(shù)上沒有障礙，已經(jīng)成熟。”劉中民回應(yīng)道。
延長石油北京石油化工工程有限公司也用實踐打消了企業(yè)負責(zé)人們的疑慮。早在2023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)化時代。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)督檢驗中心（河南）認(rèn)證并達到國家標(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)電會降低鋼鐵企業(yè)的碳排放量。以50萬噸/年乙醇裝置計算，每年二氧化碳減排量約為52萬噸。
2021年，新疆天業(yè)（集團）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目一期——60萬噸/年合成氣制乙醇項目建設(shè)，目前正處在實施方案設(shè)計中。
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，同時還有利于保障國家糧食安全，降低我國能源的對外依賴度。
作為國家重點培育和發(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)計到2023年，我國將在全國范圍內(nèi)推廣使用車用乙醇汽油。屆時，全國乙醇年需求量將達到約1200萬噸。
然而，當(dāng)前我國燃料乙醇產(chǎn)量還不到300萬噸，主要利用陳化糧等作物法制乙醇，生產(chǎn)規(guī)模有限，無法滿足需求。
在劉中民看來，生物乙醇并不是指用糧食制乙醇，這種混淆概念的做法是“與民爭糧”，只有用秸稈等農(nóng)作物廢料才是，但技術(shù)還不成熟。“（用糧食）在經(jīng)濟上也不合算，制1噸乙醇只需3噸煤，卻需3.1億噸玉米。此外，陳化糧和廢糧不是一回事，關(guān)鍵時刻陳化糧會有重要用途。”
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，它們在深度融合中將面臨哪些困難和挑戰(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？
毛新平認(rèn)為，這得算兩筆賬：經(jīng)濟賬和環(huán)保賬。他與河鋼集團唐山公司曾做過經(jīng)濟可行性分析，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新的高度。不過，在具體操作過程中，每個鋼廠需具體情況具體分析。”
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，綜合考慮地理條件、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，要推動兩大行業(yè)從“握手”走向“聯(lián)姻”，頂層設(shè)計不能缺席。
“這需要綜合考慮，對行業(yè)進行統(tǒng)一布局。”劉中民的設(shè)想是，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)多種能源之間的互補融合，以構(gòu)建國家清潔低碳、安全高效能源新體系。“這個體系中不能不考慮與鋼鐵行業(yè)的耦合與協(xié)調(diào)。”
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