在“双碳”大背景下，钢铁、化工、电力、交通、建筑等行业是我国实施“双碳”战略的重要领域，降低碳排放对于这些行业以及相关企业而言，是需要共同攻克的技术难题。山西晋南钢铁集团有限公司(以下简称晋南钢铁)在近年实践中，成功开创“钢焦化氢电”一体化产业低碳高质量发展的现代化模式，对上述行业耦合发展、协同降碳具有典型示范引领意义。这种新模式有哪些不同寻常之处，在降碳减排方面有哪些突出优势，对于行业绿色低碳发展有哪些重要意义？本文将带领读者走进晋南钢铁一探究竟。
晋南钢铁沃能化工厂区。
“钢焦化氢电”五大创新点
长期以来，钢铁焦化行业的焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气传统的利用方法是燃烧或发电，导致行业存在能耗高、二氧化碳排放量大的难题。晋南钢铁“钢焦化氢电”低碳绿色发展技术路线，可全力推进钢化联产、氢能冶炼新工艺，大量应用光伏绿电等可再生能源，清洁运输全面使用氢能重卡，具有五大创新点。
●一是为了实现集团内各种煤气价值的高附加值梯级利用，创造性地整合内部各种资源，把高炉煤气送至焦炉，将焦炉生产所需的焦炉煤气用高炉煤气置换出来。
●二是把优质的焦炉煤气全部送到化工生产单元，再将炼钢过程中产生的转炉煤气同步送到化工生产单元，焦炉煤气和转炉煤气经过净化处理后，合成乙二醇和LNG产品，从而实现了钢焦化氢产业耦合协同固碳和煤气资源的高附加值利用。
●三是化工生产中，PSA吸附工艺还会产生一定量的富氢尾气，通过创造性地将化工厂副产的富氢尾气或纯氢气送至高炉，开辟了氢能冶炼的新路径和钢—化产业耦合的闭环产业协同。
●四是将化工厂生产过程中的中间产品，即纯度为99.9%氢气，进行深加工，经变压吸附提纯后，氢气纯度达到99.999%，满足了氢能重卡的用气需求，从而使氢能提取和应用单独拓展为氢能产业链。
●五是利用盐碱地、空地、湖面、房顶、墙体等建成光伏项目，并已并网使用，将利用光伏制氢、制氧，用于企业生产，为打造全流程绿色钢焦化提供绿色保障。
多工艺耦合集成 钢化联产高端化工品
为实现钢铁厂的节能降碳，晋南钢铁把目光瞄准了本来用于燃烧或发电的焦炉煤气和转炉煤气，它们也是碳排放的重点。本着“资源价值最大化”的宗旨，2017年晋南钢铁成立全资子公司——山西沃能化工科技有限公司，与多家合作单位共同承担“转炉煤气及焦炉煤气耦合制乙二醇联产LNG技术开发与工业化”项目。2020年7月1日该项目建成投产。
项目具有以下显著优势。
一是工艺技术领先。项目采用全国首台套以焦炉煤气和转炉煤气作为原料气合成乙二醇装备，通过原料气脱氧、脱磷、脱硫等净化新工艺，实现一氧化碳分离、氢气分离，并采用国外先进的高化学乙二醇合成技术，在安全、稳定、高负荷运行方面更加可靠。
二是能源梯度利用优势突出。首先将钢铁、焦化工序的副产煤气送至化工生产单元进行化工产品合成，然后将化工工序副产氢气回送至钢铁工序再利用，实现了钢铁、焦化工序煤气资源价值最大化和化工副产氢气再利用的全闭环低碳生产模式，钢铁和焦化综合能耗大幅下降，达到了工业和信息化部制定的《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平(2021年版)》的标杆水平。
三是能源介质数字化集成管控技术领先。晋南钢铁以焦炉煤气、转炉煤气联产乙二醇和LNG为目标，实现了钢铁产业蒸汽、氮气等能源介质与化工生产用气的耦合匹配及智能化调度，化工生产废水、废料与钢铁生产的协同处置及利用，实现了钢化联产物料和能量平衡，物质流、能量流协同，有效减少了二氧化碳排放量，减排效果显著，达到了产业间耦合降本、协同降碳的目标。
四是经济效益优势明显。焦炉煤气和转炉煤气合成乙二醇成本约3000元/吨、LNG成本约2000元/吨。钢化联产的乙二醇销售价格4000~5000元/吨，夏季LNG销售价格5000~6000元/吨、冬季7000~8000元/吨，经济效益十分显著。
晋南钢铁总裁张天福向在该公司调研的中国科学技术大学校长、中国科学院院士包信和，中国石化联合会副会长兼秘书长赵俊贵，《中国化工报》社有限公司党委书记、董事长崔学军等介绍公司情况。（闫俊荣 摄）
2022年10月19日，中国石油和化学工业联合会组织专家对“转炉煤气及焦炉煤气耦合制乙二醇联产LNG技术开发与工业化”项目召开了科技成果鉴定会。与会专家认为，该项目针对钢铁、焦化与化工联产的技术难题，以联产乙二醇和LNG为目标，通过多工艺耦合集成开发，完成了同一企业的转炉煤气和焦炉煤气作为原料耦合制备目标产物的集成工艺，实现了物料和能量平衡，达到了节能、减碳的效果。该技术实现了钢铁工业与化工工业耦合生产高端化工产品及清洁能源，推进了钢化联产过程中减污、降碳的协同发展，取得了良好的经济和社会效益。与会专家表示，该成果技术指标先进，应用性强，达到国际先进水平。该科技成果对晋南钢铁的科技创新和生产经营具有较好的促进作用，开创了钢焦化氢联产的先河，也对我国钢铁行业的技术进步和绿色可持续发展具有积极推动作用。
富氢低碳冶金 吨钢碳排放国内领先
一直以来，氢冶金工艺因其低碳低能耗特征受到业内关注，绿氢是促进流程工业低碳发展的关键，行业内对于这类工艺的探索一直热度不减。
晋南钢铁拥有全国领先的低碳排、长流程钢铁产线，自主设计并建成了国内首套1860立方米高炉大规模喷吹化工富氢气体工业化应用工程，开发了高炉喷氢“物理自保护+工艺自保护智能联锁+紧急自保护切断”的三重化智能安全控制技术，实现了高炉长期稳定高效喷吹。吨铁喷吹30立方米氢气可置换12千克焦炭，按集团现有铁水年产量核算，每年可减少焦炭消耗9.1万吨，减少二氧化碳排放28万吨。目前，集团已掌握并有效运用富氢低碳冶炼技术，实现了“以氢代碳”。
目前行业吨钢碳排放标准值为1.8吨，晋南钢铁通过“钢—焦—化—氢”联产应用后，吨钢碳排放值为1.4吨，是国内钢铁行业吨钢碳排放均值的77.78%，减少22.22%；行业吨钢综合能耗为538千克标准煤，晋南钢铁为482千克标准煤，是国内平均值的89.59%，减少10.41%；行业吨钢综合电耗为471千瓦时，晋南钢铁为330千瓦时，是国内平均值的70.06%，减少29.94%，在行业内处于领先水平。
2023年6月，该项目获得2023年冶金科学技术奖。项目实施以来，已有近百家单位到厂参观、技术交流，引起国内钢铁行业的广泛关注，对国内高炉氢冶金的发展起到了重要的引领示范作用。
发展光伏绿电 绘就绿色低碳发展底色
全面布局光伏绿电、提前布局多年的大规模绿电是晋南钢铁绿氢产业发展的基石。
太子湖水上光伏。
集团与中国华能合作建设1300兆瓦光伏“新能源+储能”项目，通过农光互补发展模式，推动区域乡村振兴。其中，一期300兆瓦光伏项目已于2023年6月全容量并网发电，年平均发电4.1亿千瓦时，每年可节约标准煤约12.5万吨，减少二氧化碳排放约34.2万吨。同时，集团在厂区内闲置空地、厂房屋顶、厂房墙体、停车场车棚等区域，建设了120兆瓦分布式光伏发电项目，通过大力发展光伏绿电，有效降低企业碳排放，让绿色低碳成为高质量发展永恒的底色。
多年来，晋南钢铁紧抓我国大力发展光伏产业的机遇，宜建必建，抢占制高点。光伏发展呈现出以下特点：一是场景丰富，厂房顶、停车场、园区盐碱地、太子湖水上等不同场景都建设了光伏发电；二是规模庞大，光伏设施总占地面积超过3万亩，提高了土地综合利用效率；三是投资高额，光伏设施预计总投资达45亿元，促进区域经济高质量发展。这些光伏板正将太阳的光能源源不断地转化成清洁的电能，后续晋南钢铁通过光伏制氢、制氧，用于钢铁生产，为打造全流程绿色钢、铁、焦、化提供有力保障。目前，光伏发电1千瓦时的成本不超过0.3元，远低于电网购电，而且成本还在进一步下降。
以电替油、电驱未来。晋南钢铁正在推进装载机全部替换成电动装载机项目。2023年6月27日，集团举行了50辆电动装载机的交车仪式。以电替油，不仅绿色低碳，还具有明显的经济优势，每年可节省60.48万元/辆。
下一步，晋南钢铁将扩大夯实厂内绿氢、绿电建设，快速推进综合能源岛、氢气提纯、光伏+储能、风力发电、光伏支架等新能源项目，进一步优化能源结构，加快绿色转型，持续改善区域空气环境，全方位推动绿色低碳高质量发展。
推行氢能重卡 打造绿色零碳干线物流
氢能是理想的清洁能源，也是推动能源结构变革、实现“双碳”目标的重要途径。晋南钢铁依托“钢—焦—化—氢”全循环低碳产业链，不断拓展氢能应用场景，通过推行氢能重卡，努力将集团打造成全流程绿色钢铁企业，有效改善区域生态环境，实现绿色低碳高质量发展。
晋南钢铁加氢站。
目前，晋南钢铁拥有全球最大的加氢站，每日加氢9000千克，拥有全国首个零碳氢能重卡运输网络，未来将着力打造全国绿色零碳干线物流。当前，晋南钢铁年产99.999%的氢气4.5万吨左右，除部分用于生产外，大部分可用于氢能重卡，按每辆氢能重卡每天消耗35千克氢气计算，可满足4000辆氢能重卡的加氢需求。
近几年，晋南钢铁与大运集团、南京金龙、一汽解放、美锦能源进行氢能战略合作，提前布局氢能重卡产业链。2022年8月，晋南钢铁与杭氧股份合作建设的质子膜用氢气提纯及加氢站是目前国内最大加氢站，每天满负荷可加注9000千克氢气，可满足300辆氢能汽车加注。2022年8月，晋南钢铁首批300辆氢能重卡交付使用，构建起氢能产业链创新体系。以此为起点，集团还建立了“天恒氢能”零碳物流平台，通过平台大数据分析，实现自动匹配货源、一键派车、自动结算功能，目标是能够为更多山西钢焦化企业提供绿色公路物流运输共享服务。2023年6月27日，晋南钢铁举行100辆氢能重卡交车仪式，这是公司再次向新能源领域发力的重要举措，也是全方位推进能源绿色转型升级、助力“临汾绿色运输试点城市”目标实现的具体实践。
晋南钢铁氢能重卡拥有三大优势。其一，氢能重卡单千米氢耗1.8元，较之燃油车减少0.3元/千米，较之LNG车减少0.2元/千米。其二，目前碳权交易价为60元/吨，按照氢能车每年平均30万千米里程，每年每车减碳约300吨，碳权收益18000元/车/年。其三，作为清洁运输，氢能重卡将得到全速推广。
未来，晋南钢铁将以氢能重卡“零碳智慧物流平台”为突破口，推广10000辆氢能重卡在临汾市使用；利用山西特有的氢气资源，实现减污降碳、清洁运输。本着“量大从优”的原则，集团将吸引更多与氢能重卡配套的氢燃料电堆、储氢罐、电解水制氢及汽车组装厂等上下游企业前来临汾投资建厂，形成氢能产业集群，打造氢能产业孵化基地和氢能小镇示范园区。
晋南钢铁还将积极推进氢化山西共赢发展项目，与美锦能源集团有限公司和山西鹏飞集团有限公司深化合作、优势互补，向上向下延伸产业链条，规划发展“一个中心、两个纵向、三个横向”链条，形成制氢、储氢、运氢、加氢、用氢等产业链的一体化循环经济产业。
“下一步，我们将继续优化氢冶金相关技术，从富氢高炉工艺逐步转向氢基竖炉直接还原炼铁工艺，输出端使用CCUS技术，通过大规模布局绿电、绿氢产业，打造全流程绿色钢铁示范企业，力争在2025年前实现‘1吨钢1吨碳排放’目标，在2050年前成为全国领先的近零碳钢铁企业，建成全国极致能效绿色钢铁示范基地和全国CCUS技术应用示范基地。”晋南钢铁总裁张天福充满信心地说。
企业名片
晋南钢铁位于山西省临汾市曲沃经济技术开发区，是一家集钢铁、焦化、高端化工、新能源等为一体的钢焦融合、钢化联产长流程绿色低碳示范企业，2023年被评为中国企业500强(第377位)、中国民营企业500强(第179位)、中国制造业企业500强(第193位)。
近年来，晋南钢铁先后建设了3座1860立方米高炉、3座150吨转炉、2座6.25米侧装焦炉、2座7米顶装焦炉、年产30万吨乙二醇联产15万吨液化天然气(LNG)项目、60万吨焊丝智能制造项目等，产业转型升级持续加快，全力推动企业高质量发展。
目前，该集团具有年产750万吨铁、950万吨钢、1200万吨材、315万吨焦、45万吨高端化工产品、4.5万吨氢能供应的生产规模，涉及钢铁、焦化、高端化工、新能源四大板块。集团主要钢铁产品有优质碳素结构钢、优质碳素低合金钢等长材系列产品，并且可年产型材650万吨，是中西部地区具有影响力的绿色型材生产基地。
晋南钢铁的愿景是做中国近零碳钢铁企业先行者和绿色低碳创新产业发展的实践者。经过多年的发展，集团产业链地位、绿色发展、智能技术创新各方面广受好评，并获多项殊荣。2022年5月，晋南钢铁被山西省人民政府授予山西省重点产业链氢能产业链“链主”企业；2022年9月，被中国企业家协会授予“中国企业500强”；2022年10月，被山西省工信厅授予“山西省技术创新示范企业”，被中国企业家协会授予“企业信用评价AAA级信用企业”；2022年12月，被山西省工信厅授予“智能制造标杆企业”；2023年2月，晋南钢铁获评山西省首批“环保绩效A级企业”；2023年3月，被工业和信息化部评为“工业互联网试点示范企业”和“国家级绿色工厂”；2023年，集团焦化厂完成超低排放改造，是山西省首批超低排放民营焦化企业。
（本文图片除署名外均由邹莹摄）
