煤化工与钢铁行业协同发展趋势分析

毛运秋

(安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳 455133)

煤化工是以煤炭为原料，经过化学加工把煤炭转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程，实现煤炭综合利用的工业体系，包括焦化、电石化学、煤气化及煤制天然气、甲醇、烯烃等。随着世界石油资源不断地减少，煤化工将会有更加广阔的发展前景。钢铁行业是以从事黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等工业生产活动为主的行业，包括金属铁、铬、锰等的矿物采选业、炼铁业、炼钢业、钢加工业、铁合金冶炼业、钢丝及其制品业等细分行业，是国家重要的原材料工业之一[1]。

1 行业发展现状

1.1 煤化工行业发展现状

在国家严格控制煤炭用量的前提及相关产业的政策下，中国煤炭消费已提前进入稳定或略呈下降趋势，而更多考虑到能源效率的提升、生产技术升级、环保政策趋严等影响，传统煤化工出现整体效益下滑、产能过剩。近两年，国家对煤化工项目审批政策有所松动，主要以煤干馏生产焦炭，副产焦炉煤气和煤焦油，以煤为原材料生产合成氨制尿素、电石、甲醇等产品，传统煤化工产能存在结构性过剩，且具有能耗高、污染大、资源利用率低、附加值低等特点，此类项目审批仍然受限；而新型煤化工是以煤炭为原料制备传统石油化工产品，是油价高峰时期我国开辟的独具特色的新型煤化工路线，主要包括煤制烯烃(MTO)、煤制油、煤制气等路线，将是化工下一步发展的方向。

1.2 钢铁行业发展现状

长期以来，钢铁行业坚持生态优先、绿色发展，把握“绿色、减量、提质、增效”转型方向，促进质量变革、效率变革、动力变革，实现钢铁行业高质量发展。钢铁生产在保障国民经济发展的同时也带来了大量的固体和气体污染物排放。中国钢铁生产主要以高炉-转炉长流程工艺为主，长流程钢铁生产高炉炼铁环节是以铁矿石、焦炭和煤炭为主要原料，在生产出钢铁的同时也副产高炉渣和高炉煤气。

高炉煤气是高炉炼铁过程中副产的可燃性气体，是一种重要的二次能源。由于热值低，有害成分高，除自身热风炉加热使用外，富余高炉煤气的利用经历了从最初的直接释放，逐步发展为后续加热炉提供能量，高效燃烧发电等。随着环保要求的日益严格，对煤气燃烧后的排放标准要求也越来越高，高炉煤气有效成分的提取与高附加值利用途径也被不断开发出来，对高炉煤气净化提质利用技术的研究为今后钢铁生产的节能减排和高效综合利用提供了借鉴和参考。

2 煤化工与钢铁行业协同发展重要意义

2.1 环保的需要

从国务院、各省市政府出台的蓝天保卫战行动计划来看，煤化工和钢铁行业都属于蓝天保卫战的重点行业，也是污染治理的重点领域。在今后的一段时间，各地区均会把优化产业结构、治理环境污染作为打赢蓝天保卫战的重要突破口。

2.2 企业发展、地方经济提升的需要

长期以来，煤化工产业发展规划的核心是推动上下游一体化。一体化一直被视为我国煤炭产业发展的核心和未来趋势，其本质是将园区各产业构建为一个经济主体，形成上下游产业链和产业集群，从而实现煤化工循环发展和综合利用。经过近十年的快速发展，我国的大型石化园区，如上海石化区、宁波石化区等通过构建“一体化”模式，即生产装置互联、上下游产品互供、管道互通，已具备相当的规模效应，达到了快速发展的目的。工业园区“一体化”建设正呈现出良性发展趋势，逐步形成煤化工、焦炭、钢铁等上下游一体化“赢”得新的产业格局。“一体化”不仅使资源得到充分利用，而且降低了产品的生产成本，提高企业市场竞争力，也使区域合作企业互惠互利，实现共赢，提高企业抗风险能力，为企业良性运作，地方经济协调发展谱写新的篇章。

3 钢化联产协同发展的必要性

当前，环保形势日趋紧张，节能减排要求也是越来越高。从煤化工发展的降本需求和钢铁行业绿色可持续发展的高度来看，钢化联产势在必行。

按照国家政策，到2030年要达到碳排放峰值，因此所有企业在产品技术路线选择时，要考虑碳减排技术。近期看，企业都面临着重组整合、装备产能置换、环保达标改造及行业主体装备大型化改造任务。远期看，企业面临着洁净煤气化技术、纯氧炼铁、碳中和的绿色制造任务。因此，钢铁企业富裕的高炉煤气不能再简单发电平衡，需要制成化工品达到碳减排，这是国家政策的需要。

企业改建、扩建受煤炭用量和碳排放量的指标限制，所以煤化工企业可通过与钢铁企业联产，把钢铁企业副产的高炉煤气作为煤化工装置的原料，形成上下游链条进行精细加工生产。既可解决煤化工企业发展用煤问题，也可实现钢铁企业高炉煤气的废气回收利用问题，也是化工装置低成本发展的需要，真正从源头上降低了煤炭的消耗总量和碳排放总量，符合国家的环保政策和碳减排政策要求。

目前，煤化工和钢铁行业大多自成体系，在规划项目建设、园区项目布置、地方行业发展方面，缺少不同行业间的耦合发展、上下游资源利用共享、企业自身优势等方面内容，造成相同产品重复投资或投资较大，体现不出产品规模化、区域化、投资成本、经济效益等优势。但通过钢化联产，以一氧化碳和氢气为主要原料，沿着碳一化工路径不断深加工，形成百倍于发电的产值，并且相对于传统工艺具备颠覆性的成本优势，钢化联产可节省煤化工工艺总成本40%以上，气体提纯工艺成本接近后续化学合成工艺，具有特别明显的优势。

实施钢化联产后，原本用于燃烧的CO通过与氢气合成反应，固载到化工产品中，不再产生CO2，从源头减少了碳排放。钢化联产后以化工合成取代了燃烧，原本煤气在燃烧过程产生的大量粉尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质将大大减少；同时以钢铁企业副产的高炉煤气为原料生产化工产品，减少了煤气化装置投资，在投资或运行成本上均优于煤化工、石油化工等，化工产品利润将大幅度提高，极大地增强了企业在市场中的竞争力。

4 钢化联产产业链互补可行性分析

4.1 煤气主要成分基本相似

煤化工产品生产用的水煤气主要成分有：33.3%CO、52.7%H2、6.4%CO2、6.5%N2、1%CH4及其它微量成分。半水煤气成分有：19.5%CO、41%H2、9.5%CO2、26%N2、3.7%CH4及其它微量成分。而高炉煤气主要成分是：26%CO、3%H2、22%CO2、47%N2、1.0%CH4及其它微量成分。只是三种煤气成分基本相似，各种成分多少不同，但都是化工生产的原料气，所以，具备钢化联产基础条件。

4.2 高炉煤气提质净化技术基本成熟

高炉煤气作为煤化工装置的原料气，通过采用先进的气体净化工艺，将钢铁行业炼铁过程中副产的高炉煤气分离提纯出CO、H2、CO2、N2，合理配比后作为煤化工合成氨、尿素、甲醇、烯烃、乙二醇等化工产品的原料气体。高炉煤气常见的有害元素有硫、氯、氟、氰等，一般还含有少量的氨和芳香烃等，主要来源于高炉炼铁过程使用的燃料、铁矿石、熔剂等炉料。在高炉炼铁过程中，经过复杂的化学反应最后以不同的化学物成分进入到高炉煤气中，不同的有害元素含量不同，对设备和大气的影响也不一样。随着环保要求的不断提高，对高炉煤气中的有害成分关注越来越多，相关的脱酸、脱硫、除尘、高效分离等提质净化技术不断突破和进步，并日趋优化成熟，为钢铁和煤化工行业协同发展奠定了坚实基础，也符合中国能源结构和工业现状的发展道路。

4.3 高炉煤气用于生产煤化工产品已有使用

由于高炉煤气中含有大量的N2和CO2，因此高炉煤气的热值较低。现阶段高炉煤气一般30%以上的用于自身的热风炉加热，在保证生产加热需求后的富余煤气多用于燃烧发电。但是利用这些煤气发电过程中，始终局限在“燃烧”的瓶颈中，发电效率和专业电厂又存在差距，而且后续需要应对燃烧后粉尘、二氧化硫、氮氧化物的污染治理问题，同时增加了二氧化碳的排放。有些企业尝试钢化联产项目运营方式，比如：山东阿斯德钢化联产项目以钢化联合方式使高炉煤气得到高效、经济、绿色的回收利用，效果显著，并逐渐推广。

4.4 政府在园区项目规划时已把钢化联产纳入统筹考虑

产业园区规划分为空间规划和产业规划两个部分，空间规划是躯体，产业规划是灵魂，灵魂的重要性不言而喻。所以，如何吸引煤化工和钢铁等类企业来园区做“伴”，如何实现园区内资源的综合利用，如何互惠互利相得益彰，如何提升园区的综合效益等，需要提前统筹规划。

5 钢化联产的成功案例

国内已有钢化联产装置建成投产。

①2018年4月，山东阿斯德钢化联产项目投产，采用钢厂尾气资源化利用技术,将石横特钢煤气建设成年产20万t甲酸、5万t草酸以及下游甲酰胺、甲酸钾、甲酸钙等精细化工产品，各项化工产品成本同传统煤化工产品相比，可降低30%～60%，仅碳排放每年固碳30万t，经济效益、社会效益、环保效益十分显著。

②瑞格化工以通过冶炼尾气回收实现钢化联产，建设合作10万t食品液态二氧化碳、12 000万Nm3氢气、20 400万Nm3/a 氮气的产能，该项目作为颠覆煤化工商业模式构想的第一步，极具经济性和成长空间。

③河北省武安也规划有钢化联产实施方案，如规划的乙二醇，在国内90%以上用于生产聚酯，可进一步生产涤纶、薄膜等，国内有着巨大的需求。该技术核心是高效利用钢厂煤气中的一氧化碳和焦炉煤气中的氢气，转化为高质量的原料气生产乙二醇。该技术具有投资少、成本低、效益高，全过程无污染，对钢企绿色转型提高竞争力有创新引领性优势。

双方强强联合，本着“互惠互利，合作共赢”的原则，必将改变煤化工和钢铁工业产业链和生态格局，收到较好的经济效果。

6 钢化联产协同发展需进一步研究事项

政府在做工业园区项目规划时，要充分考虑项目的一体化上下游产业链的关联性，最好同时靠近布置煤化工项目和钢铁项目，指导探索煤化工产业和钢铁产业的产能匹配，使煤化工项目的用气量和钢铁产业的产气量合理平衡，实现煤气资源的综合利用。

钢化联产推进是一个系统工程，涉及企业多，技术难度大，协调要统筹得力，需要政府部门搭建好合作平台，委托研究协同发展方案，及时解决企业间的合作难题，组织处理项目推进过程中出现的各种问题，才能使多个企业的关联项目顺利进行，为实施单位提供信心和保障。

从钢化联产协同发展的方向上来看，合理、高效、清洁对高炉气进行综合利用，形成整体的能源转化技术体系，是走绿色可持续发展的一个趋势。但通过行业的集成和耦合，来实现资源的综合利用，与传统煤化工或钢铁行业的单一模式下运行有很大不同。煤化工生产是以传统的常压或加压气化炉制取水煤气或半水煤气，经过一系列成熟的脱硫、脱碳、变换等气体净化技术，得到纯净的CO、H2、CO2、N2等原料气体，以此作为生产各种化工产品的基础原料。若以钢铁行业的高炉气为原料气生产煤化工产品，由于原料气成分与传统的煤气成分有差别，有害物质的去除方法也不同，物料成分需要重新调整，该方面技术研究虽有进展，但还需进一步优化突破。

7 结语

钢化联产是园区工业一体化的重要体现，从钢铁行业引过来煤气做煤化工产品原料气，代替传统的高炉煤气燃烧发电，实现资源的高效、高质使用，走钢化联产绿色化发展之路,是企业转型和技术升级的必然趋势，是国家高质量发展和工业园区统筹规划发展的必然要求，也是以后园区规划发展项目的方向。

钢化联产是高炉煤气超值利用的重要方向。高炉煤气净化提质分离技术已取得了可喜进展，高炉煤气用于煤化工装置生产化工产品是未来的发展趋势。

煤化工和钢铁行业协同发展，有其形势的必要性和技术的可行性，并且已有成功的合作案例，这种经验做法值得继续推广，实现企业与企业间的强强合作，共赢发展。

地方政府在工业园区内进行项目布局谋篇时，站位要高，思虑周全，在符合国家产业导向、高端绿色化工、高附加值产业的基础上，围绕企业间资源如何共享做好文章，做好循环经济。

煤化工和钢铁是两个传统工业，一个属于“低温高压”，一个属于“高温低压”，以前交集很少，但通过联产模式在两个行业之间架起一座桥梁，促使企业向精细化转型升级，实现两大行业的协同发展，既是低碳绿色的转变，又是降本增效的提升。

综上所述，钢铁-化工联合生产是煤化工和钢铁行业走绿色发展之路的新尝试，是企业在“十四五”期间必须走的转型新路子，企业发展绝不是在现有水平上的简单扩大规模，而是建设互联管道网，形成资源共享、产品互利、低碳绿色的区域协同发展项目，提高能源利用效率、减少排放、优化终端产品以达降本增效。所以，通过钢化联产更能体现煤化工和钢铁产业发展的经济性、灵活性和高效性，实现产品价值互补，效益提升，共同走一条可持续循环发展的绿色通道，为传统企业的产业转型升级提供保障，对提高企业经济效益、保护环境、构建生态产业链具有重要现实及深远意义。