翁宇庆:希望钢铁生产也能兼顾环境友好

发表日期:2011-11-10   评分: 0.00(0 票) - 对此新闻评分 - (292 次阅读)

翁宇庆谈“绿色钢铁”:减排一成两成须奋斗十年八年

中国工程院院士、中国金属学会理事长翁宇庆从事钢铁结构材料研究已经40多年,他一直关注“绿色钢铁”的生产,希望钢铁生产也能兼顾环境友好。

现在,翁宇庆和他的研究团队成员正试图把这个观点转化为实践,由他牵头领衔的“高炉炼铁二氧化碳(C O 2)减排与利用关键技术开发”项目被列入“十二五”国家科技支撑计划,同时被收录到工业和信息化部编制的《产业关键共性技术发展指南(2011)》。以高炉喷吹焦炉煤气为核心,翁宇庆试图利用5年的时间实现碳氢共冶金,并且将煤气作为原料运用到化工生产中。

翁宇庆的项目刚起步,他坦言曾经有很多人不理解不支持,而且项目顺利推开可能要花十年八年,但他仍然希望“通过这项技术成功应用,实现钢铁行业的重大节能目标”。

近日,作为低碳时代年度人物候选人之一的翁宇庆接受南都专访,剖析了钢铁行业节能减排的前景。

钢铁工业减排首先要关停小厂

中国承诺,到2020年单位G D P的二氧化碳(C O 2)排放量下降40%,这个承诺体现了中国对减排的信心和决心。而现实情况是,中国工业生产中的C O 2排放量远高于世界平均水平。其中钢铁工业承受的减排压力最大,中国钢铁工业目前C O 2的排放量占到全国总排放量的16%,远高于4%的世界平均水平。

南都:目前钢铁工业的节能减排在技术层面能够完成到什么程度?

翁宇庆:能耗的控制是分解到不同的行业来实现的。而就钢铁工业来说,我们的能耗始终在控制范围之内。我国年产500万吨以上的大型钢铁厂,与世界上一些规模比较大的钢铁厂如韩国、日本、俄罗斯的钢铁厂相比,能耗水平没有太大差距,比如跟韩国、日本、俄罗斯。1980年的时候,我们生产一吨钢要消耗2吨煤,而现在只需要消耗600公斤的煤,钢铁生产的节能减排做了很多工作,主要通过装备、技术和冶炼方法的改进来提升冶炼效率,钢铁工业的节能减排与其他工业生产相比,成绩是很突出的。

南都:除了年产500万吨以上的大型钢铁厂,还有很多小型钢铁厂,它们的能耗水平比较高,对环境的影响也很大。

翁宇庆:对,我们的大型钢厂在国际上没有很大差距,但是我们小钢厂消耗比大钢厂高了很多。国家希望年产500万吨的钢铁厂的产量能达到总产量的50%以上,把小型钢铁厂淘汰下来,所以说节能减排的首要政策就是淘汰落后,设备落后、规模较小、能耗高的,都停止生产。

这里有一组日本方面给我们提供的数据,从2007年的能耗来看,以日本为基准,中国的大中型钢厂能耗值比它高了10%,这个水平与欧盟相当,比美国还要低10%,但应淘汰钢厂的部分比日本的基准高出了60%。经过这几年关停部分小型钢铁厂后,需要继续淘汰的钢厂能耗可能只比日本的基准高出30%到40%。

需关停的小型钢厂一般坐落于小城市或县城,淘汰之后,钢厂工人的出路、地方政府的税收等都是需要考虑的因素,必须先协调发展、找到出路才能淘汰,这也是为什么很多地方政府不是特别支持关停小型钢厂的原因。

还有一些大型钢厂的搬迁,也是节能减排的一个做法。比如广州钢铁厂就要迁移到湛江去,首钢已经搬到曹妃甸去了。这种做法一是考虑大城市的环境问题,二是把原来落后的设备给淘汰掉。在湛江和曹妃甸新建的钢厂技术上去了,能耗也就降低。所以从总体上来说,中国的钢铁工业并不落后。

钢铁行业未来出路在“氢冶金”

减少碳排放,除了提高生产效率和节能之外,还有什么法子?钢铁工业又被称为“碳冶金”,目前国内钢铁厂主要使用铁矿石和焦炭来冶炼,利用碳进行还原,排放出的焦炉煤气和高炉煤气中含有大量的C O 2,虽然许多钢铁厂已经将高炉煤气作为热能提供其他生产环节使用,但C O 2的排放量并不能有效减少。

南都:目前我国钢铁冶炼的技术已经做出哪些改进来减少C O 2排放?

翁宇庆:钢铁工业目前叫碳冶金,使用铁矿石和焦炭冶炼,其实我们也可以不用碳冶金,我们用氢气和铁矿石反应,产生铁和水,就不会产生温室气体。但目前通过电解水来制氢的经济成本较高,不划算,相比之下用煤便宜很多。不过,钢铁冶炼技术最后终究要发展到氢冶金,但因为制氢技术的成本局限,未来至少50年内难以实现。

目前减少C O 2排放的办法很多,除了刚提到的淘汰落后之外,第二是充分提高能源的利用效率,冶炼过程中煤变成煤气,比如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等,怎样能有效利用媒体,提高能源利用率也是一个问题。还有就是设备效能提高,减少排放。

另外,在冶炼工艺之外发展新技术,利用多种材料。比如是否可以把废弃的塑料使用在高炉燃料中,塑料是碳氢化合物,是否可以用它来作为还原物质,又放在我们的高炉里面烧掉,一方面把垃圾烧掉了,另一方面塑料是碳氢化合物,让它来作为还原。

南都:你领衔的高炉炼铁减排C O 2方案的出炉是出于哪些考虑呢?

翁宇庆:目前中国生产的钢铁中接近90%使用高炉炼铁,而每生产一吨钢排放的2吨C O 2中,就有1.8吨是在高炉中产生的,所以要抓住高炉炼铁的部分。

这个项目有很大的特点,不是纯粹的搞冶金,而是把冶金和化工结合起来;也不纯粹搞燃烧,而是在燃烧后把剩余产物都应用起来;它还不纯粹是碳冶金,是把碳和氢共同结合起来冶金。

(氢冶金)这个想法国外也有过,但国外是使用天然气往炉内喷吹进行置换,但在中国,从经济效益上来考虑,这个方法行不通。

南都:这个技术并不是最新的,为什么以前没有重视这个技术,没有人提出来要做?

翁宇庆:现在煤气的利用大家觉得已经做得很好了,做法是把煤气回收然后燃烧发电,而我们的项目不赞成把煤气烧掉,而是把收集的煤气分化,重新提取,甲烷燃烧发电,但氢气发热量较低,与其用来燃烧,为什么不拿去做还原呢?煤气重整的要求很高,氢气纯度不达标的话,不能还原。所以很多人对这个做法并不赞同,这很正常,你想,煤气直接烧掉多简单,但是这样并不能把它的效用发挥到最大化。

以前钢铁行业的重点在节能,主要从节约资源来考虑,从现在看节能减排是一致的,所以我们考虑在常规的节能措施之外,还要考虑减少C O 2排放的问题。在国外的C O 2捕捉的思路之上,再把它利用起来,包括炉顶煤气造甲醇,国外还没有这样做的,因为它对煤气纯净度的要求较高。

新技术成功可望减排10%-25%

翁宇庆的项目刚起步,很多人还曾经提出不同意见。采用这项技术,意味着钢铁厂的生产工艺要作出很大调整,细致到每一个步骤,如氢气喷吹的位置、如何保证高炉的热度等,都是翁宇庆的团队和钢铁厂需要考虑的问题。

南都:这个技术开发难点在哪里?需要哪些方面的配合?

翁宇庆:实验首先就会遇到很多困难,我们已经使用实验室装备做了很多实验,后来我们又出了实验室到营口,使用小炉子做实验,经过三次实验已经取得成功,但是最后要实现在2000立方米和4000立方米的高炉进行生产,还有一段路。

另外,实验室里很多装备都要自己重新做,比如焦炉煤气怎么吹,喷枪的样式什么样,都要研究,这就不是局限在100多人的研究团队的问题了。

最后具体到生产体系,就牵涉到整个钢铁生产流程,比如焦化厂、炼铁厂、炼钢厂都要有相应调整,还有新建化工厂,这个系统工程的投资是很大的。现在我们做实验,科技部给项目提供经费2000万元,但按照实际生产来计算,我们的企业需要花费几个亿来完成。

另外我们还要控制这个项目生产过程中的能耗,如果新增加能耗比使用该技术减少的能耗要多,实际上没有达到减排效果。

南都:目前这个项目进展到哪个程度了?

翁宇庆:我们找了三家企业,鞍钢、河北钢铁集团和山东钢铁集团,三家企业筹集经费在5亿元左右,这么重大的一个项目,没有一家钢厂可以单独承担,更不可能单纯靠国家的费用。这个项目需要产学研合作,钢铁研究总院和北京科技大学也参与了进来,主要负责反应基础研究的部分。化工部分,则由云南理工大学来合作,看从小规模实验到大规模生产怎样控制经济成本。

实际评估还在进行,现在不仅仅是科技部的一个项目了,工信部和发改委也参与进来,这个工作真的要做下去,还要十年八年。

南都:这个项目的目标如何?

翁宇庆:经过我们的实验结果,初步计算能耗可以下降15%到20%,提高高炉生产效率10%到30%,而C O 2减排可达10%到25%,我们希望能在5年内投产,如果这项技术成功应用,可实现钢铁行业的重大节能目标。

延长钢铁寿命成为减排新思路

翁宇庆从1996年开始主持了国内超细晶粒钢的研发,这种钢材在实现晶粒超细化的同时增加强度,有别于合金元素添加等强化方式,强度比普通钢材高一倍,进而可以达到延长产品生命周期的目标。2009年,超细晶粒钢在建筑领域的用量超过2000万吨。翁宇庆指出,延长产品寿命,从而减少材料使用需求的方式,也是减排的一个思路。

南都:你之前也主持过国内超细晶粒钢的研发,从产品的角度来看它对减少碳排放会有什么帮助?

翁宇庆:这是从减排的另外一个角度来关注,从延长材料的生命周期方面来看的。比如,原来一辆汽车15年保费,这个技术就是把现有材料的强度提高,使用寿命变长。总体来说,用钢量减少,生产需求减少,那么碳排放能得到控制。目前这种钢材的年产量占到总钢产的5%,当然扩大它的产量是好的,但也要看市场需求,应用到产品中也需要进一步论证。

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