钢铁工业对煤化工启示探析

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钢铁工业亦称黑色冶金工业，是所有工业化国家的首要基础工业，是发展国民经济与国防建设的物质基础。钢铁工业是一个庞大的产业，国际上通常把钢产量或人均钢产量作为衡量一个国家经济实力的重要指标。

传统粗钢生产分两步。第一步是高炉炼铁，以焦炭为原料并加入少量石灰石，通过焦炭燃烧以及石灰石分解得到二氧化碳，提供还原反应所需要的热量并产生还原剂一氧化碳，在高温下一氧化碳将铁矿石（主要成分为三氧化二铁或四氧化三铁）还原为生铁，同时产生大量二氧化碳气体。第二步是炼钢，以一定工艺熔炼生铁，控制其含碳量（一般小于2%），同时把原料里的硫、磷等杂质去掉，并加入适量的合金成分，最终得到粗钢。

目前全球的炼钢企业大都还在采用传统粗钢生产技术，因而钢铁工业也是碳排放量最大的产业之一。

迄今为止，我国钢铁生产完全以焦炭来炼钢。改革开放后，随着国民经济大发展，我国钢铁工业取得很大进步。1978年粗钢产量达3178万吨，跃升到世界第五位。1996年粗钢产量超过1亿吨。从此以后突飞猛进。2001年粗钢产量突破1.5亿吨，超越美国和日本成为世界第一产钢大国。2020年全球粗钢产量为18.78亿吨，我国以10.53亿吨占据56.1%的份额。

4如此巨大的钢铁产量也造成巨量的二氧化碳排放。截至2020年，我国钢铁企业的平均吨钢二氧化碳排放量高达1.765吨，钢铁工业二氧化碳排放总量达19亿吨左右，约占全国二氧化碳排放总量的13.5%。3060双碳目标给我国工业发展指明了方向，而碳减排也给钢铁工业带来了巨大压力。

那么，钢铁工业碳减排如何实现？与传统焦炭炼钢技术相比，目前国际上先进的炼钢技术主要有3种工艺：采用天然气炼钢工艺，可将吨钢碳排放降至0.94吨；使用80%氢气和20%天然气炼钢，可将吨钢碳排放降至0.437吨；完全使用氢气炼钢，可实现二氧化碳零排放。可见，后两种氢能炼钢是良好的解决办法。氢能炼钢以氢气替代一氧化碳做还原剂，与三氧化二铁或者四氧化三铁反应，还原产物为水和铁。由于没有二氧化碳排放，氢能炼钢是碳减排的最佳方案之一。

国外氢能炼钢，氢气基本全部采用电解水方法制备，因此多与电力公司合作，以控制耗电成本。以瑞典和德国的两个新项目为例。2016年，瑞典钢铁公司、瑞典大瀑布电力公司和瑞典矿业集团联合启动绿色钢铁海布里特（HYBRIT）项目。2018年该项目采用的氢冶金工艺吨钢二氧化碳排放量仅为0.025吨、电力消耗为4051千瓦时，但成本比传统高炉冶炼工艺高20%～30%。该项目2018～2024年为中试研究阶段，2025～2035年为示范运行阶段，到2035年实现商业化运行。2019年4月，德国萨尔茨吉特钢铁公司启动SALCOS项目，把以高炉为基础的碳密集型炼钢工艺逐步转变为直接还原炼铁-电弧炉工艺路线，同时实现富余氢气的多用途利用。

国内氢能炼钢相关研究与设计刚刚起步。河钢集团是我国特大型钢铁集团，年产钢4000万吨以上。2020年11月23日，德国卡斯特兰萨—特诺恩公司与河钢集团签订氢能源开发和利用工程项目。这个具有示范意义的项目包括一座年产60万吨粗钢的富氢气体直接还原铁工业化生产厂，是中国第一座气基直接还原铁厂。该厂将使用含氢量约70%的气源，还原一吨铁仅产生0.25吨二氧化碳，是全球最绿色的直接还原厂之一。

钢铁工业正在实践的氢能炼钢给了我国煤化工产业很多启示。

2018年我国煤化工产业转化煤炭9560万吨，煤中碳的一部分进入到产品中，余下的碳转化成约1.5亿吨二氧化碳排入大气中。中国煤炭工业协会发布的《现代煤化工“十四五”发展指导意见》提出，我国“十四五”期间现代煤化工转化煤量将达到每年1.6亿吨标煤左右。碳减排压力很大。

钢铁能够用绿氢，为什么煤化工不能将绿氢用起来？这个道理显而易见。

虽然与钢铁工业相比，我国煤化工的碳排放量算是低的，但为了实现双碳目标，我们应该行动起来，把绿氢用到煤化工产业中去。

谁来做？应该是有经济实力的企业与科研和设计单位通力合作。煤化工的创新，既需要能担当研究和设计的单位，更需要有经济实力的企业，就像钢铁工业一样，需要实力雄厚的大型煤化工企业搞示范厂。希望国内有实力的超大型煤化工企业行动起来，把科研的目标放在国内企业还没有走过的路上，做企业还没有做过的事情，把煤化工的绿氢化带动起来，为双碳目标做出更大贡献。

作者:唐宏青 单位:无