钢铁与能源化工“握手” 碰撞洁净新“火花”

“隔行如隔山。直到最近，我才与钢铁企业的领导沟通，他们迫切希望减少钢铁尾气的排放，钢铁尾气是我们煤化工产业的宝贵原材料资源。”中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所所长刘充满了“以后再见”的感觉。近年来，他一直在寻找更广泛的化学原料来源，“钢铁废气”给他带来了新的希望。

与此同时，中国工程院院士、宝钢*研究院副院长毛新平一直在思考钢铁工业的生态化和高质量发展。他承认，“钢厂的尾气是温室气体的主要来源，这也是钢铁行业受到批评的一个重要原因。钢铁尾气的未来趋势必须是高价值和资源化利用”。

近日，“首届全国钢铁与能源化工协调发展研讨会”在大连召开。两大产业实现了跨境联盟。会议聚集了来自钢铁工业和能源及化学工业的知名学者和企业家，讨论钢铁和能源及化学工业的协调发展。

钢铁厂废气是化学工业的“瑰宝”

无论是会议报告还是观众交流，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产业，改革开放以来，钢铁工业实现了显著的跨越式发展。自1996年中国钢铁产量超过1亿吨以来，中国连续23年位居世界第一。

毛新平告诉《中国科学日报》:“中国是世界上一个钢铁大国。从长远来看，我们仍将是一个大生产国和消费国，并将在经济和社会发展中发挥更重要的作用。未来，我们甚至会成为钢铁制造技术的创新中心。”

然而，现实是，随着钢铁产能的增长，钢铁行业的废气排放量也在不断增加。其能耗和各种废弃物的排放已经成为制约行业发展的瓶颈。

铁矿石主要用作钢铁生产的原料。这种炼铁过程会产生“三股气流”，俗称炼钢厂废气，主要包括焦炉气、转炉气和高炉气。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法主要是加热和发电。由于尾气中含有大量的氮气，热值低，直接燃烧经济效益差，同时会产生大量的二氧化碳，从而加剧温室效应。这“三种气体”几十年来一直给钢铁脑袋带来痛苦。从生产技术的改造到净化装置的安装，他们想尽一切办法“少放煤气，放干净煤气”。

然而，这“三种气体”在刘眼里却是宝贵的资源——制造燃料乙醇的原料。

在能源和化工领域，化学合成原料主要是煤、石油和天然气，而我国产煤区条件恶劣，燃煤环境压力大，石油和天然气资源稀缺。刘几十年来一直致力于煤化工技术的开发和产业化。他知道化学原料短缺是制约中国能源和化学工业发展的一个重要瓶颈，并一直在寻找新的替代解决方案。

“钢铁行业做出了巨大贡献，但当涉及到钢铁时，它与污染联系在一起。在某种程度上，钢铁被妖魔化了。”刘对说道。

刘说，钢铁尾气中的一氧化碳和氢气是重要的化工原料。“要用煤生产乙醇，首先需要生产合成气，这一过程的投资巨大，成本占整个项目的三分之一以上。如果利用钢厂现有的尾气资源绕过产气阶段，可节省大量投资，并可有效减少二氧化碳排放。”

成熟的无障碍技术确保粮食安全。

近年来，在中科院清洁能源创新研究所和中科院科技攻关项目的支持下，刘团队开发了一条以一氧化碳和氢气为主要原料制备燃料乙醇的高效清洁转化利用路线，统称为甲醇/合成气二甲醚羰基化制无水乙醇(DMTE)技术。

这是一项在中国拥有完全自主知识产权的专利技术。与煤、天然气、石油等一次能源的化学合成原料相比，钢尾气中的一氧化碳和氢气经净化后可直接用于合成数量可观、附加值高、质量好的化学品。

会上，一些钢铁企业的负责人对这种“奇怪”的化学技术表示担忧:这种技术有多安全？会有污染吗？它有多经济？

“没有技术障碍。他们很成熟。”刘回应道。

延长石油北京石化工程有限公司也用实践打消了企业领导的疑虑。早在2017年1月，一座基于DMTE技术的年产10万吨合成气制乙醇示范工厂已经开工，标志着中国合成气制乙醇正式进入大规模工业化时代。11月初，掺入该装置产品的E10乙醇汽油通过了国家石油燃料监督检验中心(河南)认证，达到国家标准。DMTE技术被认为是同类工艺路线中最可靠、稳定和创新的技术路线。

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，节省了70%的投资，一氧化碳的成本可降低66%~80%。此外，化学合成使化学产品中的一氧化碳固化，而不是转化成二氧化碳排放到大气中。因此，与热电联产相比，钢铁企业的碳排放将有所降低。基于500，000吨/年的乙醇工厂，每年二氧化碳排放减少约520，000吨。

2018年，*天野(集团)有限公司紧跟其后，依托该项技术，开展了120万吨合成气制乙醇项目一期工程——60万吨/年合成气制乙醇项目建设，目前正在实施方案设计中。

值得一提的是，利用钢铁尾气生产乙醇不仅解决了钢铁行业的问题，降低了煤化工的成本，而且有助于确保国家粮食安全，减少中国对外对能源的依赖。

燃料乙醇作为国家重点培育和发展的战略性新兴产业，市场前景广阔。据估计，到2020年，中国将在全国范围内推广车用乙醇汽油。到那时，该国对乙醇的年需求量将达到约1200万吨。

然而，目前我国燃料乙醇的产量还不到300万吨，生产规模有限，不能满足需求，因为乙醇主要是由陈粮等农作物制成的。

在刘看来，生物乙醇并不是指从谷物中生产乙醇。这个令人困惑的概念是“与人争粮”。只使用农作物废料，如稻草，但是技术还不成熟。“使用谷物是不经济的。生产1吨乙醇只需要3吨煤，但生产3.1亿吨玉米。此外，陈粮和废粮不是一回事，陈粮在关键时刻会有重要用途。”

从“握手”到“结婚”，政策指导不能少

“过去，钢铁工业和化学工业各自‘关门’并尽力而为。今后，要向生态方向发展民族产业，必须建立相关产业深度融合的生态产业链。”毛新平说。

然而，这两大产业都关系到国家的命脉。他们在深度融合中会面临哪些困难和挑战仍需进一步探讨。

例如，就钢铁企业的经济效益而言，与发电和其他尾气处理技术相比，钢铁尾气转化为化工原料是得还是失？

毛新平认为，这要算两个账户:经济账户和环境保护账户。他与鹤岗集团唐山公司进行了经济可行性分析，后者的回报率比前者提高了15%左右。“DMTE技术在生产效率、转化效率和成本方面更具优势，将未来钢厂的尾气综合利用推向了一个新的水平。但是，在具体的操作过程中，每个钢厂都需要分析具体的情况。”

刘还表示，合成气转化技术很多，企业应根据自身特点，结合地理条件和市场需求，合理选择技术方案。不要急于避免产能过剩。

此外，顶层设计也不可或缺，以推动两大行业从“握手”走向“结婚”。

"这需要综合考虑和行业的统一布局."刘的愿景是，通过技术创新，实现各种能源的互补整合，建设国家清洁、低碳、安全、高效的新型能源体系。"在这个系统中，与钢铁工业的耦合和协调是不可忽视的."