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全球首套转炉煤气提纯CO制甲酸项目稳定运行5周年

2023/10/07

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8月的肥城艳阳高照,山东阿斯德科技有限公司(以下简称山东阿斯德)厂区内,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,保障着年产20万吨甲酸、5万吨草酸装置的生产运行。谁能想到,5年前一度濒临破产的化工厂,如今已成年销售收入20亿元、利税5亿元的高新技术企业,迎来了发展的“春天”。


装置上“北大先锋”的字眼在阳光下熠熠发光——5岁的它正是这一历程的见证者和推动者。


阿斯德搬迁引出难题,谁是优秀解题人?


石横特钢集团有限公司(以下简称石横特钢)是一家连续多年跻身中国企业500强的钢铁企业,新成立的山东阿斯德则是一家刚刚重获新生的化工企业。如何使钢铁、化工两个行业的企业实现高效协同发展,是石横特钢在承担山东阿斯德搬迁任务时考虑的首要问题也是必须解决的问题。谁是优秀解题人?


凭着对这一问题的长期关注和深入研究,北大先锋科技股份有限公司(以下简称北大先锋)当仁不让,揭榜而出。


北大先锋认为,如能将钢铁副产煤气转化为化工生产的原料,既能为钢铁企业减少碳排放,又能为化工企业降低成本、增加效益。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,但与其他发电方式相比,二氧化碳排放更多;另一方面,化工生产过程中需要大量的CO、H₂作为原料气,一般利用煤炭、石油等一次性化石能源进行制备。同时,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行业企业联合发展、耦合降碳。


然而,打通行业界限壁垒谈何容易!


气体分离成为另一道必须解决的技术难题。山东阿斯德搬迁之前,石横特钢先后考察了国内已有的钢化联产实例——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%,如未经提纯,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,必须先将N₂和CO进行分离。然而,N2与CO物理性质相似,二者分离是世界性难题。谁又能做解题人?


北大先锋再次写出答案。其自主研发的PU-1高效吸附剂,对CO有极高的吸附容量和选择性,是突破从N₂中提取高纯度CO技术瓶颈的“利器”。以PU-1为基础开发的变压吸附技术及设备,入选了发改委《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)》。


转炉煤气提纯制甲酸,谁做首个拓荒者?


面对转炉煤气提纯CO制甲酸这条少有人涉足的“荒原”,如何踩出一条通途?


在先进技术获得国家层面的高度认可和鼓励的基础上,北大先锋与石横特钢联手谋划,于2016年底正式启动全球首套转炉煤气提纯CO制甲酸项目,成为这一领域的拓荒者。


该项目2017年初开工建设,历时14个月,于2018年4月正式投产运行。由北大先锋开发、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。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,成为18200 Nm³/h的CO产品气,纯度为98.5%,从而使后续化工合成得到高品质原料。测试结果表明,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。


截至2023年4月,该装置已稳定运行5年。与传统工艺相比,每年减少煤炭用量102万吨、废水排放47万吨、二氧化碳排放32万吨。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。


“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,为行业提供了一条可实现钢化联合发展的可行路径。”时任阿斯德总经理、现任石横特钢副总经理的汪达军对此给予了高度评价。

钢化联产推广有前途,谁成最强主力军?


我国是世界上最大钢铁生产国,但钢铁行业也是能源消耗大户、碳排放大户,2022年我国钢铁行业CO₂排放量约占全国碳排放总量的15%。我国也是化工产品生产和消费大国,但多煤少油少气的资源禀赋使我国化工产品受国际能源价格影响较大。在“双碳”目标的引领下,钢铁与化工两行业如能协同发展,不仅能增加企业产值和利润,更能实现资源的整合利用,减少一次能源消耗并降低碳排放。


钢化联产之路怎么走?作为钢铁煤气低碳利用技术的先行者,北大先锋始终将创新与务实根植于钢铁煤气低碳利用的实践中。在北大先锋看来,钢化联产是一条少有人走的登山步道,钢铁煤气低碳利用技术则是由钢铁通向化工的登山入口,钢化联产的优质产品才是顶峰胜景。


而为使这条登山步道更好走、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,引起市场的“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的到达目的地,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的氢,与钢铁煤气中CO、CO₂均可互补,成为化工原料。


谁将成为钢化联产之路上的最强主力军?


北大先锋表示,未来须多方协作,共同推动钢铁、化工企业携手并肩走上联合发展之路。