毛運(yùn)秋

(安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455133)

煤化工是以煤炭為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工把煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)煤炭綜合利用的工業(yè)體系，包括焦化、電石化學(xué)、煤氣化及煤制天然氣、甲醇、烯烴等。隨著世界石油資源不斷地減少，煤化工將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。鋼鐵行業(yè)是以從事黑色金屬礦物采選和黑色金屬冶煉加工等工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)為主的行業(yè)，包括金屬鐵、鉻、錳等的礦物采選業(yè)、煉鐵業(yè)、煉鋼業(yè)、鋼加工業(yè)、鐵合金冶煉業(yè)、鋼絲及其制品業(yè)等細(xì)分行業(yè)，是國(guó)家重要的原材料工業(yè)之一[1]。

1 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 煤化工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家嚴(yán)格控制煤炭用量的前提及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的政策下，中國(guó)煤炭消費(fèi)已提前進(jìn)入穩(wěn)定或略呈下降趨勢(shì)，而更多考慮到能源效率的提升、生產(chǎn)技術(shù)升級(jí)、環(huán)保政策趨嚴(yán)等影響，傳統(tǒng)煤化工出現(xiàn)整體效益下滑、產(chǎn)能過(guò)剩。近兩年，國(guó)家對(duì)煤化工項(xiàng)目審批政策有所松動(dòng)，主要以煤干餾生產(chǎn)焦炭，副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣和煤焦油，以煤為原材料生產(chǎn)合成氨制尿素、電石、甲醇等產(chǎn)品，傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)能存在結(jié)構(gòu)性過(guò)剩，且具有能耗高、污染大、資源利用率低、附加值低等特點(diǎn)，此類(lèi)項(xiàng)目審批仍然受限；而新型煤化工是以煤炭為原料制備傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品，是油價(jià)高峰時(shí)期我國(guó)開(kāi)辟的獨(dú)具特色的新型煤化工路線，主要包括煤制烯烴(MTO)、煤制油、煤制氣等路線，將是化工下一步發(fā)展的方向。

1.2 鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，鋼鐵行業(yè)堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，把握“綠色、減量、提質(zhì)、增效”轉(zhuǎn)型方向，促進(jìn)質(zhì)量變革、效率變革、動(dòng)力變革，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。鋼鐵生產(chǎn)在保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了大量的固體和氣體污染物排放。中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)主要以高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程工藝為主，長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)高爐煉鐵環(huán)節(jié)是以鐵礦石、焦炭和煤炭為主要原料，在生產(chǎn)出鋼鐵的同時(shí)也副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。

高爐煤氣是高爐煉鐵過(guò)程中副產(chǎn)的可燃性氣體，是一種重要的二次能源。由于熱值低，有害成分高，除自身熱風(fēng)爐加熱使用外，富余高爐煤氣的利用經(jīng)歷了從最初的直接釋放，逐步發(fā)展為后續(xù)加熱爐提供能量，高效燃燒發(fā)電等。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，對(duì)煤氣燃燒后的排放標(biāo)準(zhǔn)要求也越來(lái)越高，高爐煤氣有效成分的提取與高附加值利用途徑也被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，對(duì)高爐煤氣凈化提質(zhì)利用技術(shù)的研究為今后鋼鐵生產(chǎn)的節(jié)能減排和高效綜合利用提供了借鑒和參考。

2 煤化工與鋼鐵行業(yè)協(xié)同發(fā)展重要意義

2.1 環(huán)保的需要

從國(guó)務(wù)院、各省市政府出臺(tái)的藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃來(lái)看，煤化工和鋼鐵行業(yè)都屬于藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重點(diǎn)行業(yè)，也是污染治理的重點(diǎn)領(lǐng)域。在今后的一段時(shí)間，各地區(qū)均會(huì)把優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、治理環(huán)境污染作為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要突破口。

2.2 企業(yè)發(fā)展、地方經(jīng)濟(jì)提升的需要

長(zhǎng)期以來(lái)，煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的核心是推動(dòng)上下游一體化。一體化一直被視為我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和未來(lái)趨勢(shì)，其本質(zhì)是將園區(qū)各產(chǎn)業(yè)構(gòu)建為一個(gè)經(jīng)濟(jì)主體，形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)集群，從而實(shí)現(xiàn)煤化工循環(huán)發(fā)展和綜合利用。經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展，我國(guó)的大型石化園區(qū)，如上海石化區(qū)、寧波石化區(qū)等通過(guò)構(gòu)建“一體化”模式，即生產(chǎn)裝置互聯(lián)、上下游產(chǎn)品互供、管道互通，已具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模效應(yīng)，達(dá)到了快速發(fā)展的目的。工業(yè)園區(qū)“一體化”建設(shè)正呈現(xiàn)出良性發(fā)展趨勢(shì)，逐步形成煤化工、焦炭、鋼鐵等上下游一體化“贏”得新的產(chǎn)業(yè)格局。“一體化”不僅使資源得到充分利用，而且降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也使區(qū)域合作企業(yè)互惠互利，實(shí)現(xiàn)共贏，提高企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，為企業(yè)良性運(yùn)作，地方經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展譜寫(xiě)新的篇章。

3 鋼化聯(lián)產(chǎn)協(xié)同發(fā)展的必要性

當(dāng)前，環(huán)保形勢(shì)日趨緊張，節(jié)能減排要求也是越來(lái)越高。從煤化工發(fā)展的降本需求和鋼鐵行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的高度來(lái)看，鋼化聯(lián)產(chǎn)勢(shì)在必行。

按照國(guó)家政策，到2030年要達(dá)到碳排放峰值，因此所有企業(yè)在產(chǎn)品技術(shù)路線選擇時(shí)，要考慮碳減排技術(shù)。近期看，企業(yè)都面臨著重組整合、裝備產(chǎn)能置換、環(huán)保達(dá)標(biāo)改造及行業(yè)主體裝備大型化改造任務(wù)。遠(yuǎn)期看，企業(yè)面臨著潔凈煤氣化技術(shù)、純氧煉鐵、碳中和的綠色制造任務(wù)。因此，鋼鐵企業(yè)富裕的高爐煤氣不能再簡(jiǎn)單發(fā)電平衡，需要制成化工品達(dá)到碳減排，這是國(guó)家政策的需要。

企業(yè)改建、擴(kuò)建受煤炭用量和碳排放量的指標(biāo)限制，所以煤化工企業(yè)可通過(guò)與鋼鐵企業(yè)聯(lián)產(chǎn)，把鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)的高爐煤氣作為煤化工裝置的原料，形成上下游鏈條進(jìn)行精細(xì)加工生產(chǎn)。既可解決煤化工企業(yè)發(fā)展用煤?jiǎn)栴}，也可實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)高爐煤氣的廢氣回收利用問(wèn)題，也是化工裝置低成本發(fā)展的需要，真正從源頭上降低了煤炭的消耗總量和碳排放總量，符合國(guó)家的環(huán)保政策和碳減排政策要求。

目前，煤化工和鋼鐵行業(yè)大多自成體系，在規(guī)劃項(xiàng)目建設(shè)、園區(qū)項(xiàng)目布置、地方行業(yè)發(fā)展方面，缺少不同行業(yè)間的耦合發(fā)展、上下游資源利用共享、企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)等方面內(nèi)容，造成相同產(chǎn)品重復(fù)投資或投資較大，體現(xiàn)不出產(chǎn)品規(guī)?；?、區(qū)域化、投資成本、經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)勢(shì)。但通過(guò)鋼化聯(lián)產(chǎn)，以一氧化碳和氫氣為主要原料，沿著碳一化工路徑不斷深加工，形成百倍于發(fā)電的產(chǎn)值，并且相對(duì)于傳統(tǒng)工藝具備顛覆性的成本優(yōu)勢(shì)，鋼化聯(lián)產(chǎn)可節(jié)省煤化工工藝總成本40%以上，氣體提純工藝成本接近后續(xù)化學(xué)合成工藝，具有特別明顯的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)施鋼化聯(lián)產(chǎn)后，原本用于燃燒的CO通過(guò)與氫氣合成反應(yīng)，固載到化工產(chǎn)品中，不再產(chǎn)生CO2，從源頭減少了碳排放。鋼化聯(lián)產(chǎn)后以化工合成取代了燃燒，原本煤氣在燃燒過(guò)程產(chǎn)生的大量粉塵、二氧化硫和氮氧化物等有害物質(zhì)將大大減少；同時(shí)以鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)的高爐煤氣為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品，減少了煤氣化裝置投資，在投資或運(yùn)行成本上均優(yōu)于煤化工、石油化工等，化工產(chǎn)品利潤(rùn)將大幅度提高，極大地增強(qiáng)了企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 鋼化聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈互補(bǔ)可行性分析

4.1 煤氣主要成分基本相似

煤化工產(chǎn)品生產(chǎn)用的水煤氣主要成分有：33.3%CO、52.7%H2、6.4%CO2、6.5%N2、1%CH4及其它微量成分。半水煤氣成分有：19.5%CO、41%H2、9.5%CO2、26%N2、3.7%CH4及其它微量成分。而高爐煤氣主要成分是：26%CO、3%H2、22%CO2、47%N2、1.0%CH4及其它微量成分。只是三種煤氣成分基本相似，各種成分多少不同，但都是化工生產(chǎn)的原料氣，所以，具備鋼化聯(lián)產(chǎn)基礎(chǔ)條件。

4.2 高爐煤氣提質(zhì)凈化技術(shù)基本成熟

高爐煤氣作為煤化工裝置的原料氣，通過(guò)采用先進(jìn)的氣體凈化工藝，將鋼鐵行業(yè)煉鐵過(guò)程中副產(chǎn)的高爐煤氣分離提純出CO、H2、CO2、N2，合理配比后作為煤化工合成氨、尿素、甲醇、烯烴、乙二醇等化工產(chǎn)品的原料氣體。高爐煤氣常見(jiàn)的有害元素有硫、氯、氟、氰等，一般還含有少量的氨和芳香烴等，主要來(lái)源于高爐煉鐵過(guò)程使用的燃料、鐵礦石、熔劑等爐料。在高爐煉鐵過(guò)程中，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)最后以不同的化學(xué)物成分進(jìn)入到高爐煤氣中，不同的有害元素含量不同，對(duì)設(shè)備和大氣的影響也不一樣。隨著環(huán)保要求的不斷提高，對(duì)高爐煤氣中的有害成分關(guān)注越來(lái)越多，相關(guān)的脫酸、脫硫、除塵、高效分離等提質(zhì)凈化技術(shù)不斷突破和進(jìn)步，并日趨優(yōu)化成熟，為鋼鐵和煤化工行業(yè)協(xié)同發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也符合中國(guó)能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)現(xiàn)狀的發(fā)展道路。

4.3 高爐煤氣用于生產(chǎn)煤化工產(chǎn)品已有使用

由于高爐煤氣中含有大量的N2和CO2，因此高爐煤氣的熱值較低?，F(xiàn)階段高爐煤氣一般30%以上的用于自身的熱風(fēng)爐加熱，在保證生產(chǎn)加熱需求后的富余煤氣多用于燃燒發(fā)電。但是利用這些煤氣發(fā)電過(guò)程中，始終局限在“燃燒”的瓶頸中，發(fā)電效率和專(zhuān)業(yè)電廠又存在差距，而且后續(xù)需要應(yīng)對(duì)燃燒后粉塵、二氧化硫、氮氧化物的污染治理問(wèn)題，同時(shí)增加了二氧化碳的排放。有些企業(yè)嘗試鋼化聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方式，比如：山東阿斯德鋼化聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目以鋼化聯(lián)合方式使高爐煤氣得到高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的回收利用，效果顯著，并逐漸推廣。

4.4 政府在園區(qū)項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)已把鋼化聯(lián)產(chǎn)納入統(tǒng)籌考慮

產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃分為空間規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃兩個(gè)部分，空間規(guī)劃是軀體，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃是靈魂，靈魂的重要性不言而喻。所以，如何吸引煤化工和鋼鐵等類(lèi)企業(yè)來(lái)園區(qū)做“伴”，如何實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)資源的綜合利用，如何互惠互利相得益彰，如何提升園區(qū)的綜合效益等，需要提前統(tǒng)籌規(guī)劃。

5 鋼化聯(lián)產(chǎn)的成功案例

國(guó)內(nèi)已有鋼化聯(lián)產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)。

①2018年4月，山東阿斯德鋼化聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目投產(chǎn)，采用鋼廠尾氣資源化利用技術(shù),將石橫特鋼煤氣建設(shè)成年產(chǎn)20萬(wàn)t甲酸、5萬(wàn)t草酸以及下游甲酰胺、甲酸鉀、甲酸鈣等精細(xì)化工產(chǎn)品，各項(xiàng)化工產(chǎn)品成本同傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品相比，可降低30%～60%，僅碳排放每年固碳30萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)保效益十分顯著。

②瑞格化工以通過(guò)冶煉尾氣回收實(shí)現(xiàn)鋼化聯(lián)產(chǎn)，建設(shè)合作10萬(wàn)t食品液態(tài)二氧化碳、12 000萬(wàn)Nm3氫氣、20 400萬(wàn)Nm3/a 氮?dú)獾漠a(chǎn)能，該項(xiàng)目作為顛覆煤化工商業(yè)模式構(gòu)想的第一步，極具經(jīng)濟(jì)性和成長(zhǎng)空間。

③河北省武安也規(guī)劃有鋼化聯(lián)產(chǎn)實(shí)施方案，如規(guī)劃的乙二醇，在國(guó)內(nèi)90%以上用于生產(chǎn)聚酯，可進(jìn)一步生產(chǎn)滌綸、薄膜等，國(guó)內(nèi)有著巨大的需求。該技術(shù)核心是高效利用鋼廠煤氣中的一氧化碳和焦?fàn)t煤氣中的氫氣，轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的原料氣生產(chǎn)乙二醇。該技術(shù)具有投資少、成本低、效益高，全過(guò)程無(wú)污染，對(duì)鋼企綠色轉(zhuǎn)型提高競(jìng)爭(zhēng)力有創(chuàng)新引領(lǐng)性?xún)?yōu)勢(shì)。

雙方強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，本著“互惠互利，合作共贏”的原則，必將改變煤化工和鋼鐵工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)格局，收到較好的經(jīng)濟(jì)效果。

6 鋼化聯(lián)產(chǎn)協(xié)同發(fā)展需進(jìn)一步研究事項(xiàng)

政府在做工業(yè)園區(qū)項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)，要充分考慮項(xiàng)目的一體化上下游產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)聯(lián)性，最好同時(shí)靠近布置煤化工項(xiàng)目和鋼鐵項(xiàng)目，指導(dǎo)探索煤化工產(chǎn)業(yè)和鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能匹配，使煤化工項(xiàng)目的用氣量和鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)氣量合理平衡，實(shí)現(xiàn)煤氣資源的綜合利用。

鋼化聯(lián)產(chǎn)推進(jìn)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及企業(yè)多，技術(shù)難度大，協(xié)調(diào)要統(tǒng)籌得力，需要政府部門(mén)搭建好合作平臺(tái)，委托研究協(xié)同發(fā)展方案，及時(shí)解決企業(yè)間的合作難題，組織處理項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，才能使多個(gè)企業(yè)的關(guān)聯(lián)項(xiàng)目順利進(jìn)行，為實(shí)施單位提供信心和保障。

從鋼化聯(lián)產(chǎn)協(xié)同發(fā)展的方向上來(lái)看，合理、高效、清潔對(duì)高爐氣進(jìn)行綜合利用，形成整體的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，是走綠色可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。但通過(guò)行業(yè)的集成和耦合，來(lái)實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，與傳統(tǒng)煤化工或鋼鐵行業(yè)的單一模式下運(yùn)行有很大不同。煤化工生產(chǎn)是以傳統(tǒng)的常壓或加壓氣化爐制取水煤氣或半水煤氣，經(jīng)過(guò)一系列成熟的脫硫、脫碳、變換等氣體凈化技術(shù)，得到純凈的CO、H2、CO2、N2等原料氣體，以此作為生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。若以鋼鐵行業(yè)的高爐氣為原料氣生產(chǎn)煤化工產(chǎn)品，由于原料氣成分與傳統(tǒng)的煤氣成分有差別，有害物質(zhì)的去除方法也不同，物料成分需要重新調(diào)整，該方面技術(shù)研究雖有進(jìn)展，但還需進(jìn)一步優(yōu)化突破。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼化聯(lián)產(chǎn)是園區(qū)工業(yè)一體化的重要體現(xiàn)，從鋼鐵行業(yè)引過(guò)來(lái)煤氣做煤化工產(chǎn)品原料氣，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高爐煤氣燃燒發(fā)電，實(shí)現(xiàn)資源的高效、高質(zhì)使用，走鋼化聯(lián)產(chǎn)綠色化發(fā)展之路,是企業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級(jí)的必然趨勢(shì)，是國(guó)家高質(zhì)量發(fā)展和工業(yè)園區(qū)統(tǒng)籌規(guī)劃發(fā)展的必然要求，也是以后園區(qū)規(guī)劃發(fā)展項(xiàng)目的方向。

鋼化聯(lián)產(chǎn)是高爐煤氣超值利用的重要方向。高爐煤氣凈化提質(zhì)分離技術(shù)已取得了可喜進(jìn)展，高爐煤氣用于煤化工裝置生產(chǎn)化工產(chǎn)品是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

煤化工和鋼鐵行業(yè)協(xié)同發(fā)展，有其形勢(shì)的必要性和技術(shù)的可行性，并且已有成功的合作案例，這種經(jīng)驗(yàn)做法值得繼續(xù)推廣，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)間的強(qiáng)強(qiáng)合作，共贏發(fā)展。

地方政府在工業(yè)園區(qū)內(nèi)進(jìn)行項(xiàng)目布局謀篇時(shí)，站位要高，思慮周全，在符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向、高端綠色化工、高附加值產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上，圍繞企業(yè)間資源如何共享做好文章，做好循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

煤化工和鋼鐵是兩個(gè)傳統(tǒng)工業(yè)，一個(gè)屬于“低溫高壓”，一個(gè)屬于“高溫低壓”，以前交集很少，但通過(guò)聯(lián)產(chǎn)模式在兩個(gè)行業(yè)之間架起一座橋梁，促使企業(yè)向精細(xì)化轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)兩大行業(yè)的協(xié)同發(fā)展，既是低碳綠色的轉(zhuǎn)變，又是降本增效的提升。

綜上所述，鋼鐵-化工聯(lián)合生產(chǎn)是煤化工和鋼鐵行業(yè)走綠色發(fā)展之路的新嘗試，是企業(yè)在“十四五”期間必須走的轉(zhuǎn)型新路子，企業(yè)發(fā)展絕不是在現(xiàn)有水平上的簡(jiǎn)單擴(kuò)大規(guī)模，而是建設(shè)互聯(lián)管道網(wǎng)，形成資源共享、產(chǎn)品互利、低碳綠色的區(qū)域協(xié)同發(fā)展項(xiàng)目，提高能源利用效率、減少排放、優(yōu)化終端產(chǎn)品以達(dá)降本增效。所以，通過(guò)鋼化聯(lián)產(chǎn)更能體現(xiàn)煤化工和鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和高效性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值互補(bǔ)，效益提升，共同走一條可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的綠色通道，為傳統(tǒng)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供保障，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)環(huán)境、構(gòu)建生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈具有重要現(xiàn)實(shí)及深遠(yuǎn)意義。