鋼鐵企業生產過程中使用煤炭作為還原劑和燃料，副產大量煤氣，包括高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣等，其中含有大量的CO、H2等。將混合煤氣進行分離提純後，作為化工行業生產原料合成甲酸、甲醇、乙二醇等化工品，是鋼化聯產的基本套用模式。
鋼化聯產不但能使鋼鐵生產中的副產物得到高效利用，促進化工原料多元供應，還能將鋼鐵行業排放的碳元素固定到化工產品中，是實現化石資源替代、減少鋼鐵和化工行業碳排放的有效途徑。
基本介紹
- 中文名：鋼化聯產
- 適用領域：鋼鐵化工
提出背景,技術路線,技術難點,套用現狀,
提出背景
鋼鐵行業是國民經濟的支柱性產業，2021年中國粗鋼產量為10.3億噸，約占世界粗鋼產量的53%，能耗約占全國總能耗的11.6%，二氧化碳排放量約占全國碳排放總量的 15%，是典型的高耗能和高碳排行業。中國鋼鐵產量大，以煤炭為主的能源結構使得鋼鐵行業在實施“雙碳”(碳達峰和碳中和)戰略中，面臨著巨大的挑戰和難題。
同時，中國也是化工生產和消費大國。中國的能源結構是石油與常規天然氣儲量相對較低，煤炭資源相對豐富。近年來中國的石油化工能源消費增長迅速，石油、天然氣消費缺口巨大，尤其是石油消費嚴重依賴進口，2018年中國石油的對外依存度達到70.9%。
2021年10月國務院印發了《2030年前碳達峰行動方案》，明確提出了“推廣先進適用技術，深挖節能降碳潛力，鼓勵鋼化聯產”；2022年2月，國家發改委、工信部和生態環境部聯合印發《關於促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》，提出“積極推進鋼鐵與建材、電力、化工、有色等產業耦合發展，提高鋼渣等固廢資源綜合利用效率”，因此產業間耦合發展是實現鋼鐵行業“雙碳”目標的有效措施。
鋼化聯產的提出，簡單理解就是以鋼鐵流程煤氣資源為紐帶、實現鋼鐵與化工聯合生產的創新發展模式。通過分離提純鋼鐵生產副產的煤氣中的CO、Ｈ2等合成化工產品，有效替代石油資源，促進化工原料多元供應。
技術路線
鋼鐵生產中副產的高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣中含有大量CO、H2等，經過分離提純後，能夠作為化工原料合成甲醇、乙醇、乙二醇等多種化工產品，其基本技術路線圖如下所示：
鋼化聯產基本技術路線圖
技術難點
化工原料對氣體的純度要求較高，因此鋼廠副產煤氣的分離技術是其能否轉化為高價值化學品的關鍵，曾經很長時間鋼廠煤氣的氣體分離技術是“卡脖子”難題，該技術的發展是制約鋼化聯產大規模推廣套用的關鍵因素。
在副產煤氣中， CO和 N2的純化分離最為困難，這是因為兩者不僅沸點非常接近(分別為-191.5, -196℃)，分子量相同，且分子直徑和四極距都非常接近。傳統的深冷法、分子篩分離法以及膜分離法等均無法將 CO和 N2這兩種氣體從煤氣中高純分離，必須通過兩種或幾種氣體分離技術聯合的方式實現。
由北大先鋒研發的基於 Cu離子絡合 CO原理，利用高爐煤氣自身產生的壓力進行變壓吸附，提純煤氣中的 CO。相比常規變壓吸附使用的 5A分子篩，Cu系吸附劑對於 CO和 N2有著更大的分離係數，可以從高爐煤氣或轉爐煤氣中獲得純度大於 99%的CO，為後續化工生產提供了高品質非化石原料。
套用現狀
山東石橫特鋼投資建設的全球首套以轉爐煤氣為原料氣制甲酸的鋼化聯產項目於2018年4月正式投產運行，副產的轉爐煤氣經除塵、壓縮、脫硫、脫水、除氧及變壓吸附等工序後得到純度為98.5%的CO產品氣，為後續甲酸合成提供高品質原料。實現每年銷售收入20億元，減少煤炭用量102萬噸，減少廢水排放47萬噸，減少二氧化碳排放32萬噸。
山西晉南鋼鐵依託自身鋼鐵、焦化、化工的能源互補優勢，率先在全國構建鋼化聯產低碳產業鏈。將焦爐煤氣、轉爐煤氣、高爐煤氣等載碳能源輸送到化工廠，經過煤氣精淨化提純分離LNG、CO和H2，催化合成乙二醇載碳化工產品，從而實現“以化固碳”。
