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化工技术助力钢铁尾气高值利用

作者: 时间:2019-08-08 13:54   

  从饱受诟病的“三股气”到宝贵的原料资源

  钢铁行业饱受诟病的尾气在煤化工专家的眼里却是宝贵的原料资源。“推动钢铁与能源化工行业协调发展,探索利用能源化工技术实现钢铁行业工业尾气的高价值环保转化与利用非常有前景。”在近日召开的第一届全国钢铁与能源化工行业协调发展研讨会上,来自钢铁和化工两大行业的知名学者、企业家达成共识。

  中国钢铁产量已连续23年稳居世界第一。中国工程院院士、宝钢股份中央研究院副院长毛新平介绍:“我国是世界钢铁大国,然而随着钢铁产能增长,钢铁工业尾气排放量也在不断提高。其能源消耗和各类废弃物排放已成为当前制约行业发展的瓶颈。钢厂产生的尾气是温室气体的主要来源,这也是钢铁行业饱受诟病的一个重要原因。钢铁尾气处理的未来趋势一定是高值化、资源化利用。”

  钢铁制造多以铁矿石为原料,这一炼铁工艺会产生“三股气”,俗称钢厂尾气,包括焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气,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式主要是供热和发电。由于尾气中含有大量氮气,热值低,直接燃烧经济效益差,同时会产生大量二氧化碳,加剧温室效应。因此,这“三股气”让钢铁人头疼了几十年。

  然而,这“三股气”在中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所刘中民的眼中却是宝贵的资源。“最近,我跟钢铁企业的负责人交流才知道,他们拼命想减少排放的钢铁尾气,正是我们煤化工行业宝贵的原料资源。”刘中民说。

  在能源化工领域,化工合成原料主要是煤、石油和天然气,而我国煤炭产地条件苛刻,燃煤环境压力大,石油和天然气资源匮乏。而钢铁尾气中的一氧化碳和氢气是重要的化工原料。刘中民介绍说:“用煤来制乙醇,首先需要制合成气,而这一工序投资巨大,成本约占整个工程的三分之一以上。如果利用钢厂现有尾气资源,绕过造气阶段,可节省大量投资并有效减少二氧化碳排放。”

  近年来,在中科院洁净能源创新研究院和中科院先导A科技专项的支持下,刘中民团队针对钢厂工业尾气的组成与特点,开发出了以一氧化碳与氢气为主要原料制备燃料乙醇的高效清洁转化利用路线,统称甲醇/合成气经二甲醚羰基化制无水乙醇(DMTE)技术。

  这是我国具有完全自主知识产权的专利技术。与化工合成原材料煤炭、天然气、石油等一次能源相比,钢铁尾气中的一氧化碳和氢气可通过提纯后直接用于合成数量可观、附加值高、高品质的化学品。2017年1月,依托DMTE技术兴建的10万吨/年合成气制乙醇工业示范装置已开工;同年11月初,以该装置产品调配的E10乙醇汽油通过了国家石油燃料监督检验中心(河南)认证并达到国家标准,DMTE技术被认为是同类工艺路线中最可靠、最稳定、最具创新性的技术路线。

  “过去钢铁和化工行业各自‘关起门’来干得热火朝天。未来,国家产业要向生态化方向发展,需要建立一个相关行业深度融合的生态化的工业产业链。”毛新平说。但这两大行业均关系国家命脉,它们在深度融合中将面临哪些困难和挑战,仍需深入探索。比如,就钢铁企业的经济效益而言,与发电及其他尾气处理技术相比,钢铁尾气转化为化工原料究竟是盈还是亏?毛新平与河钢集团唐山公司曾做过经济可行性分析,后者的收益率比前者高约15%。“DMTE技术在生产效率、转化效率和成本方面更具优势,把未来钢厂尾气的综合利用推向了一个新的高度。不过,在具体操作过程中,每个钢厂还需具体情况具体分析。”毛新平说。

  刘中民也表示,合成气转化的技术很多,企业要根据自己的特点,综合考虑地理条件、市场需求等,合理选择技术方案,不要一拥而上,避免造成产能过剩。

  本次会议由中国石油和化学工业联合会支持,中科院洁净能源创新研究院和中科院大连化所主办。