鋼鐵的「廢氣」+能源化工，=潔凈新火花？

「隔行如隔山。最近，我跟鋼鐵企業的負責人交流才知道，他們拚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。」

中國工程院院士、中國科學院大連化學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。

鍊鋼 概念圖

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生態化、高質量發展的問題。他坦承，「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協調發展研討會」在大連召開，兩大行業實現跨界聯盟。會議聚集了全國鋼鐵行業、能源化工行業的知名學者和企業家，共同探討鋼鐵與能源化工行業的協調發展問題。

鋼廠的廢氣，化工的「寶貝」

無論是大會報告，還是台下交流，兩大行業代表們談論最多的是「握手」的重要性。

作為國民經濟的支柱行業，改革開放以來，鋼鐵行業實現了舉世矚目的跨越式發展。自1996年中國鋼鐵生產突破1億噸總產量至今，中國已連續23年穩居世界第一。

毛新平告訴《中國科學報》：「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大國、消費大國，還將在經濟社會發展中發揮更加重要的作用。今後，我們甚至會成為鋼鐵製造技術的創新中心。」

然而，現實是，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。

鋼鐵製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，主要包括焦爐煤氣、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。由於尾氣中含大量氮氣，熱值低，直接燃燒經濟效益差，且同時會產生大量二氧化碳，加劇溫室效應。這「三股氣」讓鋼鐵人頭疼了幾十年，從改造生產工藝到安置凈化裝置，他們想盡辦法「少出氣、出凈氣」。

廢氣 概念圖

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。劉中民致力於煤化工技術開發和產業化數十年，他深知化工原料供應不足是制約我國能源化工行業發展的重要瓶頸，也一直在尋找新的可替代方案。

「鋼鐵行業作出了巨大貢獻，但一提鋼鐵，就跟污染聯繫上了。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，成本約佔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，可節省大量投資並有效減少二氧化碳排放。」

技術成熟無障礙， 糧食安全有保障

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製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後直接用於合成數量可觀、附加值高、高品質的化學品。

會上，有鋼鐵企業負責人對於這一「陌生」的化工技術表示了擔憂：技術安全性如何？是否會產生污染？經濟性如何？

「技術上沒有障礙，已經成熟。」劉中民回應道。

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負責人們的疑慮。早在2017年1月，依託DMTE技術興建的10萬噸/年合成氣制乙醇工業示範裝置已開工，它標誌著中國合成氣制乙醇技術正式邁入大規模工業化時代。

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）認證並達到國家標準，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。

乙醇汽油 概念圖

該公司副總經理田平漢表示，由於省去複雜的煤氣化工藝，節約了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品中而非轉化為二氧化碳排放至大氣，因此，鋼化聯產相比發電會降低鋼鐵企業的碳排放量。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。

2018年，新疆天業（集團）有限公司緊隨其後，依託該技術，開展年產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，目前正處在實施方案設計中。

值得一提的是，用鋼鐵尾氣制乙醇，不僅解決了鋼鐵行業的難題、降低了煤化工行業的成本，同時還有利於保障國家糧食安全，降低我國能源的對外依賴度。

作為國家重點培育和發展的戰略性新興產業，燃料乙醇有著廣闊的市場前景。預計到2020年，我國將在全國範圍內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，當前我國燃料乙醇產量還不到300萬噸，主要利用陳化糧等作物法制乙醇，生產規模有限，無法滿足需求。

在劉中民看來，生物乙醇並不是指用糧食制乙醇，這種混淆概念的做法是「與民爭糧」，只有用秸稈等農作物廢料才是，但技術還不成熟。「（用糧食）在經濟上也不合算，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，關鍵時刻陳化糧會有重要用途。」

從「握手」到「聯姻」，政策引導不能少

「過去鋼鐵和化工行業各自『關起門』來，幹得熱火朝天。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。

然而，這兩大行業均關係國家命脈，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，究竟是盈了還是虧了？

毛新平認為，這得算兩筆賬：經濟賬和環保賬。他與河鋼集團唐山公司曾做過經濟可行性分析，後者的收益率比前者增加了約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，每個鋼廠需具體情況具體分析。」

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。

此外，要推動兩大行業從「握手」走向「聯姻」，頂層設計不能缺席。

「這需要綜合考慮，對行業進行統一布局。」劉中民的設想是，通過技術創新實現多種能源之間的互補融合，以構建國家清潔低碳、安全高效能源新體系。「這個體系中不能不考慮與鋼鐵行業的耦合與協調。」

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