鋼鐵工業對煤化工啟示探析
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鋼鐵工業亦稱黑色冶金工業，是所有工業化國家的首要基礎工業，是發展國民經濟與國防建設的物質基礎。鋼鐵工業是一個龐大的產業，國際上通常把鋼產量或人均鋼產量作為衡量一個國家經濟實力的重要指標。
傳統粗鋼生產分兩步。第一步是高爐煉鐵，以焦炭為原料并加入少量石灰石，通過焦炭燃燒以及石灰石分解得到二氧化碳，提供還原反應所需要的熱量并產生還原劑一氧化碳，在高溫下一氧化碳將鐵礦石（主要成分為三氧化二鐵或四氧化三鐵）還原為生鐵，同時產生大量二氧化碳氣體。第二步是煉鋼，以一定工藝熔煉生鐵，控制其含碳量（一般小于2%），同時把原料里的硫、磷等雜質去掉，并加入適量的合金成分，最終得到粗鋼。
目前全球的煉鋼企業大都還在采用傳統粗鋼生產技術，因而鋼鐵工業也是碳排放量最大的產業之一。
迄今為止，我國鋼鐵生產完全以焦炭來煉鋼。改革開放后，隨著國民經濟大發展，我國鋼鐵工業取得很大進步。1978年粗鋼產量達3178萬噸，躍升到世界第五位。1996年粗鋼產量超過1億噸。從此以后突飛猛進。2001年粗鋼產量突破1.5億噸，超越美國和日本成為世界第一產鋼大國。2020年全球粗鋼產量為18.78億噸，我國以10.53億噸占據56.1%的份額。
4如此巨大的鋼鐵產量也造成巨量的二氧化碳排放。截至2020年，我國鋼鐵企業的平均噸鋼二氧化碳排放量高達1.765噸，鋼鐵工業二氧化碳排放總量達19億噸左右，約占全國二氧化碳排放總量的13.5%。3060雙碳目標給我國工業發展指明了方向，而碳減排也給鋼鐵工業帶來了巨大壓力。
那么，鋼鐵工業碳減排如何實現？與傳統焦炭煉鋼技術相比，目前國際上先進的煉鋼技術主要有3種工藝：采用天然氣煉鋼工藝，可將噸鋼碳排放降至0.94噸；使用80%氫氣和20%天然氣煉鋼，可將噸鋼碳排放降至0.437噸；完全使用氫氣煉鋼，可實現二氧化碳零排放。可見，后兩種氫能煉鋼是良好的解決辦法。氫能煉鋼以氫氣替代一氧化碳做還原劑，與三氧化二鐵或者四氧化三鐵反應，還原產物為水和鐵。由于沒有二氧化碳排放，氫能煉鋼是碳減排的最佳方案之一。
國外氫能煉鋼，氫氣基本全部采用電解水方法制備，因此多與電力公司合作，以控制耗電成本。以瑞典和德國的兩個新項目為例。2016年，瑞典鋼鐵公司、瑞典大瀑布電力公司和瑞典礦業集團聯合啟動綠色鋼鐵海布里特（HYBRIT）項目。2018年該項目采用的氫冶金工藝噸鋼二氧化碳排放量僅為0.025噸、電力消耗為4051千瓦時，但成本比傳統高爐冶煉工藝高20%～30%。該項目2018～2024年為中試研究階段，2025～2035年為示范運行階段，到2035年實現商業化運行。2019年4月，德國薩爾茨吉特鋼鐵公司啟動SALCOS項目，把以高爐為基礎的碳密集型煉鋼工藝逐步轉變為直接還原煉鐵-電弧爐工藝路線，同時實現富余氫氣的多用途利用。
國內氫能煉鋼相關研究與設計剛剛起步。河鋼集團是我國特大型鋼鐵集團，年產鋼4000萬噸以上。2020年11月23日，德國卡斯特蘭薩—特諾恩公司與河鋼集團簽訂氫能源開發和利用工程項目。這個具有示范意義的項目包括一座年產60萬噸粗鋼的富氫氣體直接還原鐵工業化生產廠，是中國第一座氣基直接還原鐵廠。該廠將使用含氫量約70%的氣源，還原一噸鐵僅產生0.25噸二氧化碳，是全球最綠色的直接還原廠之一。
2018年我國煤化工產業轉化煤炭9560萬噸，煤中碳的一部分進入到產品中，余下的碳轉化成約1.5億噸二氧化碳排入大氣中。中國煤炭工業協會發布的《現代煤化工“十四五”發展指導意見》提出，我國“十四五”期間現代煤化工轉化煤量將達到每年1.6億噸標煤左右。碳減排壓力很大。
鋼鐵能夠用綠氫，為什么煤化工不能將綠氫用起來？這個道理顯而易見。
雖然與鋼鐵工業相比，我國煤化工的碳排放量算是低的，但為了實現雙碳目標，我們應該行動起來，把綠氫用到煤化工產業中去。
誰來做？應該是有經濟實力的企業與科研和設計單位通力合作。煤化工的創新，既需要能擔當研究和設計的單位，更需要有經濟實力的企業，就像鋼鐵工業一樣，需要實力雄厚的大型煤化工企業搞示范廠。希望國內有實力的超大型煤化工企業行動起來，把科研的目標放在國內企業還沒有走過的路上，做企業還沒有做過的事情，把煤化工的綠氫化帶動起來，為雙碳目標做出更大貢獻。
作者:唐宏青 單位:無