钢化联产低碳发展结出产业硕果
8月的肥城艳阳高照，山东阿斯德科技有限公司(简称“山东阿斯德”)厂区内印有“北大先锋”字样的变压吸附装置，正源源不断地向化工合成单元输送着98.5%纯度的CO，保障了20万吨甲酸、5万吨草酸装置的生产运行。谁能想到，曾经一度濒临破产的化工厂，竟然蜕变成为当地年销售收入20亿元，利税5亿元的高新技术企业。
石横特钢集团有限公司(简称“石横特钢”)是一家连续多年跻身中国企业500强的钢铁企业，而新成立的山东阿斯德则是一家重获新生的化工企业，如何使钢铁、化工两个企业高效协同发展，这是石横特钢在承担山东阿斯德搬迁任务时所考虑的首要问题，也恰是北京北大先锋科技股份有限公司(简称“北大先锋”)所专注的问题。
一方面，钢铁生产过程中副产大量含有CO、H₂、CH₄的煤气，一般采取燃烧发电的方式进行利用，虽然能产生一定的经济效益，但相比较其他的发电方式，排放了更多的二氧化碳;另一方面，化工生产过程中需要大量的CO、H₂作为原料气，一般使用煤炭石油等一次性化石能源进行制备。如能将钢铁副产煤气转化为化工生产的原料，既能为钢铁企业减碳又能为化工企业降低成本增加效益。
国务院与国家发改委先后印发的《2030年前碳达峰行动方案》、《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》等文件中明确鼓励钢铁与化工等企业联合发展，耦合降碳，但碍于两个行业的界限隔阂以及气体分离技术的难点，钢铁协同化工生产之路进程缓慢。
山东阿斯德搬迁之前，石横特钢先后考察了国内已有钢化联产的实例——达州钢铁和黑龙江建龙钢铁以转炉煤气、焦炉煤气为原料制甲醇项目，发现甲醇合成需要纯度90%以上的CO作为原料气，但转炉煤气中CO纯度只有40-50%，在没有提纯CO的条件下，甲醇合成效果并不好。
转炉煤气的主要成分是CO、CO₂和N₂，要提纯CO，则必须要将N₂和CO进行分离，而N₂与CO性质极为相似，两者的分离是世界性的难题。北大先锋自主研发的PU-1高效吸附剂，对CO有极高的吸附容量和选择性，突破了从N₂氛围中提取高纯度CO的技术瓶颈。以PU-1为基础开发出的变压吸附技术及设备，入选发改委《国家重点节能低碳技术推广目录(2017年版低碳部分)》和工信部《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录(2017年版)》。在先进技术获得国家层面的高度认可和鼓励的关键前提下，石横特钢与北大先锋联手谋划，于2016年底正式启动全球首套转炉煤气提纯CO制甲酸项目。
山东石横特钢阿斯德项目2017年初开工建设，历时14个月，于2018年4月正式投产运行。石横特钢副产的45000Nm3/h转炉煤气经除尘、压缩、脱硫、脱水、除氧及PSA等工序后得到18200 Nm3/h的CO产品气，纯度为98.5%，为后续化工合成提供高品质原料。自投产以来，截至2023年4月装置已稳定运行5年，与之前工艺相比，每年减少煤炭用量102万吨，减少废水排放47万吨，减少二氧化碳排放32万吨。时任阿斯德总经理、现任石横特钢副总经理的汪达军表示：“阿斯德项目搬迁投资由计划的33亿元压减到了18亿元，而且上下游产品连接成链，资源、能源得到了综合高效利用，探索出了一条钢化联合的发展路径”。
山东阿斯德转炉煤气制甲酸项目的顺利开车，标志着由北大先锋开发的、具有自主知识产权的、集成转炉煤气除尘、压缩、脱硫、除氧、脱碳净化及CO提纯流程工艺全线贯通，CO产品气中的总硫和二氧化碳含量分别控制在0.1ppm和100ppm以下，CO纯度达到98.5%以上，满足了化工合成对CO的质量要求。经中国金属学会评议，认为该项目科技成果达到国际先进水平。
我国是世界上最大的钢铁生产国，2022年，我国粗钢产量为10.13亿吨，约占世界粗钢产量的55.31%，CO₂排放量约占全国碳排放总量的15%，是典型的高碳排放行业。在“双碳”目标的引领下，钢铁行业作为化石能源消耗大户、碳排放大户，必然成为碳减排改造升级的主要行业，因此必须走低碳化发展的道路。同时，我国也是化工品生产和消费大国，多煤、少油少气的能源结构使我国石油化工产品受国际能源价格影响较大。如果能使钢铁与化工两个行业协同发展，不仅能增加企业产值和利润，更能实现资源的整合利用、减少一次能源的消耗、降低碳排放。
在北大先锋看来，钢化联产之路就好比一条少有人走的登山步道，钢铁煤气低碳利用技术仅是由钢铁行业通往化工行业的登山入口，而钢化联产的产品才是顶峰胜景。要想登山步道更好走、更便捷，一是要在保证气体纯度的情况下提高气体分离效率，降低“登山入口”的成本;二是要对钢化联产的产品进行科学规划、合理投资，避免一哄而上、无差异化投资，造成单一产品投资过热、产能过剩，造成市场的“审美疲劳”;三是要跨行业协作，不仅仅是钢铁和化工，与其他入口互通可能会更快地到达目的地，例如石化行业生产过程中富余放散的氢以及未来清洁能源电解水制得氢，与钢铁煤气中CO、CO₂均可互补作为化工原料。北大先锋作为钢铁煤气低碳利用技术的先行者，始终将创新与务实根植于钢铁煤气低碳利用的实践中，愿与多方协作，共同推动钢铁、化工企业携手并肩走上联合发展之路。
编辑：蓝枫
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