中国石油和化工经济分析 产业观察特刊
姜洪远资料：
天津市碳一有机合成工程设计有限公司总经理，高级工程师。
参与原国家计委重大科技攻关项目——一氧化碳偶联草酸二酯-草酸二酯加水生成草酸-草酸二酯加氢生成乙二醇技术研究；
甲酸甲酯水解制甲酸技术引进消化吸收与优化升级；
参与并组织了二氧化碳高温还原制一氧化碳技术开发成果推广，截至目前已经设计并指导建成40多个国内外电石炉尾气、黄磷尾气、焦炉煤气、煤气化气、铁合金尾气、钢铁尾气资源化利用制高附加值化学品项目，目前正致力于推动高温熔融热载体二氧化碳制氢技术在钢铁、电石、铁合金等行业的推广应用，
先后获得国家科技进步二等奖1项、三等奖2项，拥有发明专利6项。
以碳降碳、化碳为氢：从钢铁流程再造中挖掘出来的低成本、颠覆性、原创性、碳中和技术
高端访谈：高绿氢技术争添一绿
记者 陈继军
绿氢被誉为21世纪的终极能源。但利用可再能源电解水制绿氢技术却因成本居高不下而难以推广应用。正在此时，一种由天津市碳一有机合成工程有限公司（简称天津碳一公司）与其它企业合作推出的绿氢技术--------高温熔融热载体+二氧化碳+焦粉还原一氧化碳制甲酸、甲酸一步催化制氢（简称高温熔融热载体二氧化碳制氢技术），开始在钢铁、电石、黄磷、铁合金等行业推广。怀着一探究竟的心情，记者专访了有矿热炉尾气资源化利用专家之称的天津碳一公司总经理姜洪远。记者：为什么高温熔融热载体二氧化碳制氢技术是绿氢技术？姜洪远：先简单介绍一下高温熔融热载体二氧化碳制氢技术工艺，主要分3步：第一步：二氧化碳和焦粉在1500摄氏度以上的高温熔融热载体换热，高温熔融热载体被淬冷降温，二氧化碳和焦粉则被迅速加热并发生氧化还原反应，生成一氧化碳；第二步：一氧化碳经一系列变换之后生成甲酸；第三步：甲酸分解生成氢气和二氧化碳。由于整个过程以废弃焦粉、二氧化碳为原料，以高温熔融热载体淬冷过程释放的废热为热源，以水为氢源，没有额外增加能源消耗，也不产生和排放二氧化碳同时还消纳吸收大量二氧化碳，减少了高温熔融热载体淬冷时的热污染，因此所得氢气是绿氢。姜洪远：高温熔融热载体二氧化碳制氢技术的应用场景应具备3个条件：有大量二氧化碳、废焦粉、可以产生废热的1500摄氏度以上的高温。而钢铁、电石、黄磷、铁合金行业正具备了这3个条件。它们的生产过程均要消耗焦炭，均会有焦粉产生，同时会排放大量二氧化碳，又全部是1500摄氏度甚至更高的高温环境进行生产，产品/过程产品或废渣出炉时自然会携带巨大热量。因此，高温熔融热载体二氧化碳制氢技术首先应选择在钢铁、电石、铁合金、黄磷等“两高”行业推广。这一技术可以帮助上述行业解决头痛的二氧化碳、废热、焦粉处置难题，还能变过去的空气冷却或水冷为二氧化碳淬冷，所得产品原来叫水渣，现在应该改叫气渣，质量更好、更均匀稳定。当然，这一技术最大的优势是可以帮助上述行业变废为宝，这个宝正是我们最需要的绿氢。提纯后的氢既可用于化工、钢铁行业，也可为燃料电池车供氢。
记者：这一技术经过工业化应用验证了吗？
姜洪远：这一技术整个过程包含4个化学反应过程：二氧化碳+焦粉+高炉熔渣→一氧化碳；一氧化碳+甲醇→甲酸甲酯；甲酸甲酸+水→甲酸+甲醇；甲酸→氢气+二氧化碳。前3个反应过程，我们之前早已积累了丰富的设计、施工与项目运营经验，建成了数个工业化装置并实现了连续稳定运行。第4个过程，即甲酸在钌基催化剂作用下，常温常压无需外源即可一步分解为氢气和二氧化碳，也是整个技术的核心部分。这一核心部分2019年已经在瑞士建成工业化装置并连续稳定运行，只是因为欧洲甲酸成本与价格居高不下，用其制氢经济性较差，故而未能推广应用。但这一核心部分如果和我们前3个成熟技术相对接，通过对二氧化碳、废焦粉、高温熔融热载体所带热量资源化利用生产一氧化碳，并经甲酸甲酯最终生成甲酸后，甲酸的成本大幅降至不足国内煤头甲酸成本的一半，约为欧洲甲酸成本的1/3，再通过甲酸一步法分解制得的氢气，这样一来就具有了较为明显的经济性和竞争力。我们现在正在推广的，就是将以上4个反应过程耦合而成的高温熔融热载体二氧化碳制氢技术。
姜洪远：目前，生产过程中会产生高温熔融热载体的包括炼铁、电石、黄磷、铁合金等诸多行业的生产过程。钢铁行业随铁水出炉且漂浮在铁水上层的熔渣，温度1500摄氏度左右。熔融电石出炉时，温度达2000摄氏度，吨熔融电石相当于燃烧106千克标煤产生的热量。黄磷炉低部排出的炉渣温度同样高达1500摄氏度。硅铁炉、硅锰炉、锰铁炉、铬铁炉、转炉等出炉产品的温度也均超过1500摄氏度。通常情况下，这些高温熔融物品均要降至常温才能成为产品进行运输和销售。无论用水还是空气淬冷降温，都会导致惊人的热能浪费并产生热污染。这也正是钢厂烟雾弥漫、污染严重的原因之一。以2020年为例。我国炼钢过程产生的高温熔渣达3.5亿吨，按1吨高温熔渣相当于燃烧64千克标煤产生的热量计算，相当于浪费了2240万吨标煤；电石产量2888万吨，按1吨熔融电石相当于燃烧106千克标煤产生的热量计算，相当于浪费了306万吨标煤；黄磷产量53.4万吨，产生534万吨1500摄氏度的高温熔渣，相当于浪费了34万吨标煤；铁合金产量3420万吨，冷却过程相当于浪费219万吨标煤。上述4个行业，浪费的热力折标煤合计2799万吨/年。那么，今后若在上述4个行业全面推广高温熔融热载体二氧化碳制氢技术，则每年可转化8774万吨二氧化碳，获得395万吨绿氢。比如钢铁行业，用二氧化碳化学淬代替传统的水淬，将二氧化碳及焦粉从特殊结构的高温熔渣罐体下部喷入，与下落的高温熔渣颗粒接触换热，二氧化碳被还原成一氧化碳，高温熔渣则被二氧化碳气体淬冷至常温，整个过程不再产生废水，所得微晶玻璃体不含水，无须烘干再度耗能就是水泥的上好原料。按1吨熔渣还原100标方二氧化碳、生成200标方一氧化碳计算，每年可转化6874万吨二氧化碳，获得312万吨绿氢。姜洪远：我们对照测算了一下，以目前的煤价和钢材价格计算，采用煤气化制甲酸甲酯，甲酸甲酯水解制甲酸的完全成本约2000元/吨左右；采用我们的技术制甲酸甲酯，完全成本不超过1000元/吨。再经甲酸常温常压金属钌作催化剂分解制氢和二氧化碳，氢气成本约20元/千克，显著低于目前的电解水制氢成本，有利于绿氢的普及应用。姜洪远：我充满信心。它既解决了钢铁、电石、黄磷、铁合金等行业的高炉熔渣、熔融电石、黄磷炉熔渣等矿热炉高温熔融载热体排放或冷却过程形成的热污染问题，又实现了上述行业生产过程所排放二氧化碳的资源化利用。在还原二氧化碳过程中，副产的高温高压蒸汽先发电，变为低温饱和蒸汽后，连同所发电力一同用于甲酸生产，不但开辟了废焦粉、废热、二氧化碳资源化利用，还开辟了规模化、低成本制氢、储氢、运氢的崭新路径。我相信，这一技术节能减排、减碳的效果会受到各方认可，获得快速推广应用。姜洪远：我刚才说了，技术的核心部分，即甲酸在钌基催化剂作用下，常温常压无需外源一步分解为氢气和二氧化碳是国外技术，但由于欧洲市场甲酸成本过高，这一技术难以推广。当国外知道我们拥有前3个工艺技术时，才决定与我们开展合作，将这个核心技术在中国推广应用，共同推出现在的高温熔融热载体二氧化碳制氢技术。实事求是地说，到目前为止，国内正要谋划建设一套完整的高温熔融热载体二氧化碳制氢工业化装置。目前，有6家大型钢铁集团前来考察交流。由于赶上了碳中和，钢铁企业的积极性普遍很高，我们已经出具了技术方案。从目前的进程看，预计明年就会有工业化示范项目诞生。
