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      化工技術助力鋼鐵尾氣高值利用

        從飽受詬病的“三股氣”到寶貴的原料資源

        鋼鐵行業飽受詬病的尾氣在煤化工專家的眼里卻是寶貴的原料資源。“推動鋼鐵與能源化工行業協調發展,探索利用能源化工技術實現鋼鐵行業工業尾氣的高價值環保轉化與利用非常有前景。”在近日召開的第一屆全國鋼鐵與能源化工行業協調發展研討會上,來自鋼鐵和化工兩大行業的知名學者、企業家達成共識。

        中國鋼鐵產量已連續23年穩居世界第一。中國工程院院士、寶鋼股份中央研究院副院長毛新平介紹:“我國是世界鋼鐵大國,然而隨著鋼鐵產能增長,鋼鐵工業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前制約行業發展的瓶頸。鋼廠產生的尾氣是溫室氣體的主要來源,這也是鋼鐵行業飽受詬病的一個重要原因。鋼鐵尾氣處理的未來趨勢一定是高值化、資源化利用。”

        鋼鐵制造多以鐵礦石為原料,這一煉鐵工藝會產生“三股氣”,俗稱鋼廠尾氣,包括焦爐煤氣、轉爐煤氣、高爐煤氣,主要成分是氮氣、一氧化碳、二氧化碳和氫氣。傳統的鋼鐵尾氣處理方式主要是供熱和發電。由于尾氣中含有大量氮氣,熱值低,直接燃燒經濟效益差,同時會產生大量二氧化碳,加劇溫室效應。因此,這“三股氣”讓鋼鐵人頭疼了幾十年。

        然而,這“三股氣”在中國工程院院士、中科院大連化學物理研究所劉中民的眼中卻是寶貴的資源。“最近,我跟鋼鐵企業的負責人交流才知道,他們拼命想減少排放的鋼鐵尾氣,正是我們煤化工行業寶貴的原料資源。”劉中民說。

        在能源化工領域,化工合成原料主要是煤、石油和天然氣,而我國煤炭產地條件苛刻,燃煤環境壓力大,石油和天然氣資源匱乏。而鋼鐵尾氣中的一氧化碳和氫氣是重要的化工原料。劉中民介紹說:“用煤來制乙醇,首先需要制合成氣,而這一工序投資巨大,成本約占整個工程的三分之一以上。如果利用鋼廠現有尾氣資源,繞過造氣階段,可節省大量投資并有效減少二氧化碳排放。”

        近年來,在中科院潔凈能源創新研究院和中科院先導A科技專項的支持下,劉中民團隊針對鋼廠工業尾氣的組成與特點,開發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化利用路線,統稱甲醇/合成氣經二甲醚羰基化制無水乙醇(DMTE)技術。

        這是我國具有完全自主知識產權的專利技術。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量可觀、附加值高、高品質的化學品。2017年1月,依托DMTE技術興建的10萬噸/年合成氣制乙醇工業示范裝置已開工;同年11月初,以該裝置產品調配的E10乙醇汽油通過了國家石油燃料監督檢驗中心(河南)認證并達到國家標準,DMTE技術被認為是同類工藝路線中最可靠、最穩定、最具創新性的技術路線。

        “過去鋼鐵和化工行業各自‘關起門’來干得熱火朝天。未來,國家產業要向生態化方向發展,需要建立一個相關行業深度融合的生態化的工業產業鏈。”毛新平說。但這兩大行業均關系國家命脈,它們在深度融合中將面臨哪些困難和挑戰,仍需深入探索。比如,就鋼鐵企業的經濟效益而言,與發電及其他尾氣處理技術相比,鋼鐵尾氣轉化為化工原料究竟是盈還是虧?毛新平與河鋼集團唐山公司曾做過經濟可行性分析,后者的收益率比前者高約15%。“DMTE技術在生產效率、轉化效率和成本方面更具優勢,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,每個鋼廠還需具體情況具體分析。”毛新平說。

        劉中民也表示,合成氣轉化的技術很多,企業要根據自己的特點,綜合考慮地理條件、市場需求等,合理選擇技術方案,不要一擁而上,避免造成產能過剩。

        本次會議由中國石油和化學工業聯合會支持,中科院潔凈能源創新研究院和中科院大連化所主辦。

      關鍵字:尾氣
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