郭战成教授介绍全氧冶金
一个世界钢铁工业标志性事件在宝武集团八钢悄然降生。
7月15日，全国首个氧气高炉在宝钢集团新疆八一钢铁有限公司点火开炉，并启动第一阶段工业试验。
一个氧气高炉试验何以被称之为标志性事件？对此，一般性的解读是：氧气高炉工艺使用纯氧气代替热鼓风，与传统高炉相比，二氧化碳排放量明显降低。同时，由于氧气高炉在无氮环境下运行，其生产效率也可实现大幅提升。不仅如此，NOx这个近年来出镜率很高且令人讨厌的家伙，可能从此逃匿或陷身。当事者八钢自己的解读是：将以纯氧冶炼技术研究为核心，努力打造成为面向全球、开放共享的工业级别低碳冶金创新基地，供全球钢铁业开展钢铁生产绿色低碳化的前沿技术及应用探索。在笔者看来，上述解读显然也是浮浅了。事实上，八钢全氧高炉试验的意义是多重的，她将开创世界钢铁工业能化共轨、钢化联产、循环冶金新纪元。从此，钢铁企业的面貌将被彻底改写：她将从此不再单一生产钢铁制品，还可以通过费托合成生产汽油、柴油、润滑油、石蜡等高档能源产品。甚至还可以进一步延伸产业链，生产茂金属乙烯等高端化工和塑料制品。也就是说，煤化工与钢铁将融为一个有机的整体。
我们所说的煤化工或者煤制油项目，通常由几个单元组成。首先是煤制气，然后就是费托合成，合成低碳烯烃，第三步是由此出发根据需要，生产各种
费托合成（Fischer–Tropsch process），又称F-T合成，是以合成气（一氧化碳和氢气的混合气体）为原料在催化剂和适当条件下合成以液态的烃或碳氢化合物（hydrocarbon）的工艺过程。在1925年，由就职于位于鲁尔河畔米尔海姆市马克斯·普朗克煤炭研究所的德国化学家弗朗兹·费歇尔和汉斯·托罗普施所开发的。这个过程是气体液化技术的一个关键组成部分，它通常是从煤，天然气或生物质生产合成润滑油与合成燃料。费托合成作为低硫柴油燃料等在我国受到广泛关注，并有多套装置成功运行。（来自百度百科）
精细化工产品，比如用甲醇生产乙烯或芳烃产品。一般来说，煤制气环节投资体量巨大，动辄几十亿，甚至于上百亿元。一个煤化工项目，仅煤制气环节的投资就约占煤化工项目总投资的1/3—1/2。巨量的投资削弱了煤化工产品在国内外市场上的竞争力。不仅如此，一些煤气发生炉还对煤种十分挑剔。如壳牌炉、德士古炉、国产航天炉等。为了改变现状，清华大学与山西省合作研发出了可以不限煤种的煤气发生炉--国产晋华炉，所产合成气有效气（CO+H2）含量为80.7％，但仍然无法改变煤化工投资体量过大市场竞争能力偏弱的局面。由于煤化工与石油化工产品大多数可以相互替代，煤化工产品必然要与同类石化产品竞争，这就等同于与石油挂钩。于是，国际油价就成了决定性的因素。目前，国内许多煤化工企业的盈亏平衡点是国际油价每桶60美元以上。因此，在国际油价低迷之时，煤化工自然也就成了好看不好用的花瓶项目，或者说好听一点就是具有战略意义的项目。一方面，煤化工产品成本居高不下，缺乏市场竞争力；另一方面，钢铁企业的高炉煤气，由于低体积分数的CO与高体积分数的N2混合且两者分子量相等，使得分离提纯成本很高。巨量的廉价的高炉煤气只好低质低效利用，用于煤气发电或加热炉甚至于点了天灯。煤化工与钢铁行业内部的技术提升与相互间的行业壁垒到了非打破不可的时候。大连共识。2019年7月26日，由中国石油和化学工业联合会支持，中国科学院洁净能源创新研究院、中国科学院大连化学物理研究所主办的“第一届全国钢铁与能源化工行业协调发展研讨会”在大连举行。本次会议旨在打破钢铁与能源化工行业之间的壁垒，推动钢铁与能源化工行业协调发展，探索利用能源化工技术，实现钢铁行业工业尾气的高价值环保转化与利用。国家能源局、中国科学院、辽宁省工信厅、宝武钢铁集团、鞍钢集团、河北钢铁集团、华菱钢铁集团、沙钢集团、山东钢铁集团、酒泉钢铁集团、首钢水城钢铁集团、东北特钢集团、中冶焦耐、中科院洁净能源创新研究院、中科院大连化物所等政府、钢铁企业、化工企业、科研院所的代表刘中民、毛新平院士和企业主要负责人等，齐聚大连化物所，共同探讨钢铁与能源化工行业协调发展问题，钢化联产“大连共识”终于形成。行业先知先行先试。2019年11月28日上午，鹤壁腾飞清洁能源有限公司年产30万吨乙醇项目开工奠基仪式在鹤壁市山城区牟山工业园区南部片区举行。鹤壁市市委、区委等领导出席并致辞，中科院大连化学物理研究所，中国五环工程有限公司，延长中科总经理任晓光、副总经理王辉等参加了奠基仪式。2020年6月18日，山东荣信集团有限公司与延长中科（大连）能源科技股份有限公司在山东济南共同签署了“40万吨/年甲醇制乙醇项目专利技术许可合同”。山东省及济宁市、中科院沈阳分院、中科院大连化学物理研究所、山东荣信集团有限公司及延长中科（大连）能源科技股份有限公司等单位领导出席了签约仪式。煤化工行业率先打破CO2资源化利用技术瓶颈。制约全氧高炉高浓度二氧化碳资源化利用难题已经被上海高研院攻克。潞安集团与中国科学院上海高等研究院、壳牌公司共同研发了CH4-CO2重整技术。目前、世界首套万Nm3/h级规模级甲烷二氧化碳自热重整制合成气工业侧线装置全系统经优化已实现稳定运行，并形成了大规模产业化设计软件包，多方合作成立的合资公司：上海高潞空气产品能源科技公司已经开始甲烷二氧化碳重整技术商业化推广应用。不仅如此，“高温煤气化转变CO2为CO技术和CH4-CO2重整技术”还使无水煤化工成为现实。宝武八钢首开全氧高炉试验。煤化工在先，钢铁企业紧随其后。7月15日，全国首个氧气高炉在宝钢集团新疆八一钢铁有限公司点火开炉，第一阶段的工业试验正式启动。北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点室主任郭占成教授，日前在公开课中说，全氧高炉的剩余煤气可以达到690M3，且可以根据需要调整。北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室李长乐 薛庆国等此前撰文《氧气高炉喷吹气化炉重整煤气工艺的㶲分析》提出：氧气高炉喷吹气化炉重整煤气炼铁工艺流程，外排煤气可以达到1000M3以上。全氧高炉煤气中的CO、CO2体积分数比传统高炉体积分数提高一倍以上，分别达到50%、40%以上，H2浓度也提高很多，而N2的体积分数则很低。因此，低体积分数的N2使得CO、CO2分离提纯的成本大幅降低。全氧高炉煤气CO2体积分数的大幅提升还为其资源化利用提供了可能。随着氧气高炉的研发与实验、非高炉炼铁技术的推广应用，高温煤气化转变CO2为CO技术和CH4-CO2重整技术产业化，困扰高炉煤气提质增效和碳排放的技术难题将逐一破解，新一代钢铁技术与现代煤化工技术使得两大产业加速走向融合，钢铁工业的大变局已经开启，制约钢铁工业绿色发展的重大环保问题也将迎刃而解！
