毛運秋

(安陽化學工業(yè)集團有限責任公司，河南 安陽 455133)

煤化工是以煤炭為原料，經過化學加工把煤炭轉化為氣體、液體、固體燃料以及化學品的過程，實現(xiàn)煤炭綜合利用的工業(yè)體系，包括焦化、電石化學、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)生產活動為主的行業(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)等細分行業(yè)，是國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

在國家嚴格控制煤炭用量的前提及相關產業(yè)的政策下，中國煤炭消費已提前進入穩(wěn)定或略呈下降趨勢，而更多考慮到能源效率的提升、生產技術升級、環(huán)保政策趨嚴等影響，傳統(tǒng)煤化工出現(xiàn)整體效益下滑、產能過剩。近兩年，國家對煤化工項目審批政策有所松動，主要以煤干餾生產焦炭，副產焦爐煤氣和煤焦油，以煤為原材料生產合成氨制尿素、電石、甲醇等產品，傳統(tǒng)煤化工產能存在結構性過剩，且具有能耗高、污染大、資源利用率低、附加值低等特點，此類項目審批仍然受限；而新型煤化工是以煤炭為原料制備傳統(tǒng)石油化工產品，是油價高峰時期我國開辟的獨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

長期以來，鋼鐵行業(yè)堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，把握“綠色、減量、提質、增效”轉型方向，促進質量變革、效率變革、動力變革，實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)高質量發(fā)展。鋼鐵生產在保障國民經濟發(fā)展的同時也帶來了大量的固體和氣體污染物排放。中國鋼鐵生產主要以高爐-轉爐長流程工藝為主，長流程鋼鐵生產高爐煉鐵環(huán)節(jié)是以鐵礦石、焦炭和煤炭為主要原料，在生產出鋼鐵的同時也副產高爐渣和高爐煤氣。

高爐煤氣是高爐煉鐵過程中副產的可燃性氣體，是一種重要的二次能源。由于熱值低，有害成分高，除自身熱風爐加熱使用外，富余高爐煤氣的利用經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)保要求的日益嚴格，對煤氣燃燒后的排放標準要求也越來越高，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發(fā)出來，對高爐煤氣凈化提質利用技術的研究為今后鋼鐵生產的節(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

從國務院、各省市政府出臺的藍天保衛(wèi)戰(zhàn)行動計劃來看，煤化工和鋼鐵行業(yè)都屬于藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重點行業(yè)，也是污染治理的重點領域。在今后的一段時間，各地區(qū)均會把優(yōu)化產業(yè)結構、治理環(huán)境污染作為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要突破口。

2.2 企業(yè)發(fā)展、地方經濟提升的需要

長期以來，煤化工產業(yè)發(fā)展規(guī)劃的核心是推動上下游一體化。一體化一直被視為我國煤炭產業(yè)發(fā)展的核心和未來趨勢，其本質是將園區(qū)各產業(yè)構建為一個經濟主體，形成上下游產業(yè)鏈和產業(yè)集群，從而實現(xiàn)煤化工循環(huán)發(fā)展和綜合利用。經過近十年的快速發(fā)展，我國的大型石化園區(qū)，如上海石化區(qū)、寧波石化區(qū)等通過構建“一體化”模式，即生產裝置互聯(lián)、上下游產品互供、管道互通，已具備相當?shù)囊?guī)模效應，達到了快速發(fā)展的目的。工業(yè)園區(qū)“一體化”建設正呈現(xiàn)出良性發(fā)展趨勢，逐步形成煤化工、焦炭、鋼鐵等上下游一體化“贏”得新的產業(yè)格局。“一體化”不僅使資源得到充分利用，而且降低了產品的生產成本，提高企業(yè)市場競爭力，也使區(qū)域合作企業(yè)互惠互利，實現(xiàn)共贏，提高企業(yè)抗風險能力，為企業(yè)良性運作，地方經濟協(xié)調發(fā)展譜寫新的篇章。

3 鋼化聯(lián)產協(xié)同發(fā)展的必要性

當前，環(huán)保形勢日趨緊張，節(jié)能減排要求也是越來越高。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)展的高度來看，鋼化聯(lián)產勢在必行。

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

企業(yè)改建、擴建受煤炭用量和碳排放量的指標限制，所以煤化工企業(yè)可通過與鋼鐵企業(yè)聯(lián)產，把鋼鐵企業(yè)副產的高爐煤氣作為煤化工裝置的原料，形成上下游鏈條進行精細加工生產。既可解決煤化工企業(yè)發(fā)展用煤問題，也可實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)高爐煤氣的廢氣回收利用問題，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)劃項目建設、園區(qū)項目布置、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)勢等方面內容，造成相同產品重復投資或投資較大，體現(xiàn)不出產品規(guī)?；^(qū)域化、投資成本、經濟效益等優(yōu)勢。但通過鋼化聯(lián)產，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)電的產值，并且相對于傳統(tǒng)工藝具備顛覆性的成本優(yōu)勢，鋼化聯(lián)產可節(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)化學合成工藝，具有特別明顯的優(yōu)勢。

實施鋼化聯(lián)產后，原本用于燃燒的CO通過與氫氣合成反應，固載到化工產品中，不再產生CO2，從源頭減少了碳排放。鋼化聯(lián)產后以化工合成取代了燃燒，原本煤氣在燃燒過程產生的大量粉塵、二氧化硫和氮氧化物等有害物質將大大減少；同時以鋼鐵企業(yè)副產的高爐煤氣為原料生產化工產品，減少了煤氣化裝置投資，在投資或運行成本上均優(yōu)于煤化工、石油化工等，化工產品利潤將大幅度提高，極大地增強了企業(yè)在市場中的競爭力。

4 鋼化聯(lián)產產業(yè)鏈互補可行性分析

4.1 煤氣主要成分基本相似

煤化工產品生產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，但都是化工生產的原料氣，所以，具備鋼化聯(lián)產基礎條件。

4.2 高爐煤氣提質凈化技術基本成熟

高爐煤氣作為煤化工裝置的原料氣，通過采用先進的氣體凈化工藝，將鋼鐵行業(yè)煉鐵過程中副產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、乙二醇等化工產品的原料氣體。高爐煤氣常見的有害元素有硫、氯、氟、氰等，一般還含有少量的氨和芳香烴等，主要來源于高爐煉鐵過程使用的燃料、鐵礦石、熔劑等爐料。在高爐煉鐵過程中，經過復雜的化學反應最后以不同的化學物成分進入到高爐煤氣中，不同的有害元素含量不同，對設備和大氣的影響也不一樣。隨著環(huán)保要求的不斷提高，對高爐煤氣中的有害成分關注越來越多，相關的脫酸、脫硫、除塵、高效分離等提質凈化技術不斷突破和進步，并日趨優(yōu)化成熟，為鋼鐵和煤化工行業(yè)協(xié)同發(fā)展奠定了堅實基礎，也符合中國能源結構和工業(yè)現(xiàn)狀的發(fā)展道路。

4.3 高爐煤氣用于生產煤化工產品已有使用

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爐加熱，在保證生產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)電過程中，始終局限在“燃燒”的瓶頸中，發(fā)電效率和專業(yè)電廠又存在差距，而且后續(xù)需要應對燃燒后粉塵、二氧化硫、氮氧化物的污染治理問題，同時增加了二氧化碳的排放。有些企業(yè)嘗試鋼化聯(lián)產項目運營方式，比如：山東阿斯德鋼化聯(lián)產項目以鋼化聯(lián)合方式使高爐煤氣得到高效、經濟、綠色的回收利用，效果顯著，并逐漸推廣。

4.4 政府在園區(qū)項目規(guī)劃時已把鋼化聯(lián)產納入統(tǒng)籌考慮

產業(yè)園區(qū)規(guī)劃分為空間規(guī)劃和產業(yè)規(guī)劃兩個部分，空間規(guī)劃是軀體，產業(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企業(yè)來園區(qū)做“伴”，如何實現(xiàn)園區(qū)內資源的綜合利用，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)產的成功案例

國內已有鋼化聯(lián)產裝置建成投產。

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

②瑞格化工以通過冶煉尾氣回收實現(xiàn)鋼化聯(lián)產，建設合作10萬t食品液態(tài)二氧化碳、12 000萬Nm3氫氣、20 400萬Nm3/a 氮氣的產能，該項目作為顛覆煤化工商業(yè)模式構想的第一步，極具經濟性和成長空間。

③河北省武安也規(guī)劃有鋼化聯(lián)產實施方案，如規(guī)劃的乙二醇，在國內90%以上用于生產聚酯，可進一步生產滌綸、薄膜等，國內有著巨大的需求。該技術核心是高效利用鋼廠煤氣中的一氧化碳和焦爐煤氣中的氫氣，轉化為高質量的原料氣生產乙二醇。該技術具有投資少、成本低、效益高，全過程無污染，對鋼企綠色轉型提高競爭力有創(chuàng)新引領性優(yōu)勢。

雙方強強聯(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)產業(yè)鏈和生態(tài)格局，收到較好的經濟效果。

6 鋼化聯(lián)產協(xié)同發(fā)展需進一步研究事項

政府在做工業(yè)園區(qū)項目規(guī)劃時，要充分考慮項目的一體化上下游產業(yè)鏈的關聯(lián)性，最好同時靠近布置煤化工項目和鋼鐵項目，指導探索煤化工產業(yè)和鋼鐵產業(yè)的產能匹配，使煤化工項目的用氣量和鋼鐵產業(yè)的產氣量合理平衡，實現(xiàn)煤氣資源的綜合利用。

鋼化聯(lián)產推進是一個系統(tǒng)工程，涉及企業(yè)多，技術難度大，協(xié)調要統(tǒng)籌得力，需要政府部門搭建好合作平臺，委托研究協(xié)同發(fā)展方案，及時解決企業(yè)間的合作難題，組織處理項目推進過程中出現(xiàn)的各種問題，才能使多個企業(yè)的關聯(lián)項目順利進行，為實施單位提供信心和保障。

從鋼化聯(lián)產協(xié)同發(fā)展的方向上來看，合理、高效、清潔對高爐氣進行綜合利用，形成整體的能源轉化技術體系，是走綠色可持續(xù)發(fā)展的一個趨勢。但通過行業(yè)的集成和耦合，來實現(xiàn)資源的綜合利用，與傳統(tǒng)煤化工或鋼鐵行業(yè)的單一模式下運行有很大不同。煤化工生產是以傳統(tǒng)的常壓或加壓氣化爐制取水煤氣或半水煤氣，經過一系列成熟的脫硫、脫碳、變換等氣體凈化技術，得到純凈的CO、H2、CO2、N2等原料氣體，以此作為生產各種化工產品的基礎原料。若以鋼鐵行業(yè)的高爐氣為原料氣生產煤化工產品，由于原料氣成分與傳統(tǒng)的煤氣成分有差別，有害物質的去除方法也不同，物料成分需要重新調整，該方面技術研究雖有進展，但還需進一步優(yōu)化突破。

7 結語

鋼化聯(lián)產是園區(qū)工業(yè)一體化的重要體現(xiàn)，從鋼鐵行業(yè)引過來煤氣做煤化工產品原料氣，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高爐煤氣燃燒發(fā)電，實現(xiàn)資源的高效、高質使用，走鋼化聯(lián)產綠色化發(fā)展之路,是企業(yè)轉型和技術升級的必然趨勢，是國家高質量發(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)展項目的方向。

鋼化聯(lián)產是高爐煤氣超值利用的重要方向。高爐煤氣凈化提質分離技術已取得了可喜進展，高爐煤氣用于煤化工裝置生產化工產品是未來的發(fā)展趨勢。

煤化工和鋼鐵行業(yè)協(xié)同發(fā)展，有其形勢的必要性和技術的可行性，并且已有成功的合作案例，這種經驗做法值得繼續(xù)推廣，實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)間的強強合作，共贏發(fā)展。

地方政府在工業(yè)園區(qū)內進行項目布局謀篇時，站位要高，思慮周全，在符合國家產業(yè)導向、高端綠色化工、高附加值產業(yè)的基礎上，圍繞企業(yè)間資源如何共享做好文章，做好循環(huán)經濟。

煤化工和鋼鐵是兩個傳統(tǒng)工業(yè)，一個屬于“低溫高壓”，一個屬于“高溫低壓”，以前交集很少，但通過聯(lián)產模式在兩個行業(yè)之間架起一座橋梁，促使企業(yè)向精細化轉型升級，實現(xiàn)兩大行業(yè)的協(xié)同發(fā)展，既是低碳綠色的轉變，又是降本增效的提升。

綜上所述，鋼鐵-化工聯(lián)合生產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”期間必須走的轉型新路子，企業(yè)發(fā)展絕不是在現(xiàn)有水平上的簡單擴大規(guī)模，而是建設互聯(lián)管道網，形成資源共享、產品互利、低碳綠色的區(qū)域協(xié)同發(fā)展項目，提高能源利用效率、減少排放、優(yōu)化終端產品以達降本增效。所以，通過鋼化聯(lián)產更能體現(xiàn)煤化工和鋼鐵產業(yè)發(fā)展的經濟性、靈活性和高效性，實現(xiàn)產品價值互補，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)的產業(yè)轉型升級提供保障，對提高企業(yè)經濟效益、保護環(huán)境、構建生態(tài)產業(yè)鏈具有重要現(xiàn)實及深遠意義。