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石油焦作為能源消耗限額定標(biāo)鋁用炭素行業(yè)值得商榷

2012年08月31日 15:51 8302次瀏覽 來源:   分類: 重點(diǎn)新聞   作者:

 

 

國(guó)家把能源消耗強(qiáng)度降低和主要污染物排放總量減少確定為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的約束性指標(biāo),把節(jié)能減排作為調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要抓手和突破口。國(guó)務(wù)院已印發(fā)《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》,要求各地認(rèn)真貫徹執(zhí)行,確保“十二五”期間實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤等節(jié)能減排目標(biāo)。

《規(guī)劃》要求到2015年,全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤(2005年價(jià)格計(jì)算),比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%(2005年的1.276噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降32%)。

為此,這份長(zhǎng)達(dá)2萬(wàn)多字的規(guī)劃要求優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu):繼續(xù)抑制高耗能、高排放行業(yè)過快增長(zhǎng),合理控制固定資產(chǎn)投資增速和火電、鋼鐵、水泥、造紙、印染等重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展規(guī)模,提高新建項(xiàng)目節(jié)能、環(huán)保、土地、安全等準(zhǔn)入門檻,嚴(yán)格固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估審查、環(huán)境影響評(píng)價(jià)和建設(shè)項(xiàng)目用地預(yù)審,完善新開工項(xiàng)目管理部門聯(lián)動(dòng)機(jī)制和項(xiàng)目審批問責(zé)制。

《規(guī)劃》明確,“對(duì)違規(guī)在建的高耗能、高排放項(xiàng)目,有關(guān)部門要責(zé)令停止建設(shè),金融機(jī)構(gòu)一律不得發(fā)放貸款。對(duì)違規(guī)建成的項(xiàng)目,要責(zé)令停止生產(chǎn),金融機(jī)構(gòu)一律不得發(fā)放流動(dòng)資金貸款,有關(guān)部門要停止供電供水。嚴(yán)格控制高耗能、高排放和資源性產(chǎn)品出口。”

《規(guī)劃》還要求把能源消費(fèi)總量、污染物排放總量作為能評(píng)和環(huán)評(píng)審批的重要依據(jù),對(duì)電力、鋼鐵、造紙、印染行業(yè)實(shí)行主要污染物排放總量控制,對(duì)新建、擴(kuò)建項(xiàng)目實(shí)施排污量等量或減量置換。

為強(qiáng)化目標(biāo)責(zé)任,《規(guī)劃》明確:國(guó)務(wù)院每年組織開展省級(jí)人民政府節(jié)能減排目標(biāo)責(zé)任評(píng)價(jià)考核,考核結(jié)果作為領(lǐng)導(dǎo)班子和領(lǐng)導(dǎo)干部綜合考核評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容,納入政府績(jī)效管理,實(shí)行問責(zé)制。

“十二五”時(shí)期如未能采取更加有效的應(yīng)對(duì)措施,我國(guó)面臨的資源環(huán)境約束將日益突出。從國(guó)內(nèi)看,隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí),我國(guó)能源需求呈剛性增長(zhǎng),受國(guó)內(nèi)資源保障能力和環(huán)境容量制約,我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的資源環(huán)境瓶頸約束更加突出,節(jié)能減排工作難度將加大。從國(guó)際看,圍繞能源安全和氣候變化的博弈更加激烈。一方面,貿(mào)易保護(hù)主義抬頭,部分發(fā)達(dá)國(guó)家憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)開征碳稅并計(jì)劃實(shí)施碳關(guān)稅,綠色貿(mào)易壁壘日益突出。另一方面,全球范圍內(nèi)綠色經(jīng)濟(jì)、低碳技術(shù)正在興起,不少發(fā)達(dá)國(guó)家大幅增加投入,支持節(jié)能環(huán)保、新能源和低碳技術(shù)等領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展,搶占未來發(fā)展制高點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。
   圍繞著國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及人類可持續(xù)發(fā)展的要求,鋁行業(yè)制定科學(xué)的切實(shí)可行的相關(guān)能源消耗標(biāo)準(zhǔn),引導(dǎo)行業(yè)科學(xué)發(fā)展是十分必要的,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而,在制定相關(guān)能耗標(biāo)準(zhǔn)時(shí),要充分考慮事物發(fā)展的本質(zhì)和客觀發(fā)展規(guī)律,既要充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、嚴(yán)肅性、代表性和可執(zhí)行性等,又不能盲目地制定不符合標(biāo)準(zhǔn)制定原則的標(biāo)準(zhǔn),甚至有礙行業(yè)科學(xué)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此,本文就將石油焦作為二次能源消耗限額定標(biāo)鋁用炭素行業(yè)提出了很值得商榷的意見,從
石油焦在電解鋁行業(yè)中應(yīng)用的性質(zhì)、用途以及其在整個(gè)過程中的實(shí)際行為、鋁電解過程的實(shí)際能源消耗本質(zhì)等角度進(jìn)行了分析,在充分考慮國(guó)際電解鋁行業(yè)120多年的發(fā)展情況和慣例的基礎(chǔ)上,認(rèn)為在鋁工業(yè)上,利用煉油行業(yè)上的殘?jiān)?mdash;—石油焦完全是屬于資源綜合利用、是煉鋁必需的一種原材料——還原劑,在鋁行業(yè)上并非是二次能源。

 

1  鋁冶煉所需的石油焦是原材料——還原劑或?qū)щ婓w

目前,世界工業(yè)煉鋁的方法有兩種,一種是較普遍采用的氧化鋁——冰晶石熔鹽電解法,另一種是焦炭——鋁土礦燒結(jié)礦冶還原法,但絕大多數(shù)生產(chǎn)鋁的廠家是采用電解法。

電解鋁方法是1886年誕生,1888年世界上首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),迄今有124年的歷史,自實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來至20127月底,全球總計(jì)生產(chǎn)電解鋁約10.33億噸,消耗炭素制品約6.2億噸。

鋁用炭素材料按照其在鋁冶煉過程中的作用可分為三大類:鋁用炭素陽(yáng)極、鋁用炭素陰極和還原劑。

電解鋁所用炭素陽(yáng)極材料是用作鋁電解槽的陽(yáng)極,既把電流導(dǎo)入電解槽,又參與電化學(xué)反應(yīng),并不斷消耗,其實(shí)質(zhì)也是一種還原劑。

   1886年發(fā)明冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)鋁至今,世界上尚沒有完全研究清楚鋁電解過程中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理(研究的困難很大),但總的反應(yīng)結(jié)果是明確的。為此,對(duì)鋁電解生產(chǎn)中的炭陽(yáng)極消耗問題,只能根據(jù)最終的反應(yīng)結(jié)果推斷和計(jì)算。

(1) 理論消耗。在鋁電解過程中,炭陽(yáng)極發(fā)生如下反應(yīng):

Al2O3diss+C?2Al1+CO2g              (1-1)

Al2O3diss+3C?2Al1+3COg                  (1-2)

維持上述反應(yīng)(電流效率為100%)所需的碳消耗量就是理論碳耗。

當(dāng)只有反應(yīng)式(1-1)進(jìn)行時(shí),噸鋁陽(yáng)極理論碳耗量為333kg

當(dāng)只有反應(yīng)式(1-2)進(jìn)行時(shí),噸鋁陽(yáng)極理論碳耗量為667kg

當(dāng)陽(yáng)極反應(yīng)生成的氣體有30%CO時(shí)(通常生產(chǎn)情況下),陽(yáng)極理論碳耗量為393kg/tAl)。

    實(shí)際消耗。在鋁電解生產(chǎn)過程中,炭陽(yáng)極除了參與電化學(xué)反應(yīng)而消耗以外,還存在著氧化燃燒、掉渣等諸多額外的影響因素導(dǎo)致陽(yáng)極的消耗,這些因素引起的碳耗總和稱為實(shí)際消耗。現(xiàn)代大型預(yù)焙槽噸鋁陽(yáng)極消耗約為410440kg。

陰極材料用作鋁電解槽的內(nèi)襯,用以盛裝鋁液和電解質(zhì),并把電流導(dǎo)出電解槽外,炭陰極理論上只破損而不消耗,在炭陰極上析出的一層鋁液才是實(shí)際上的陰極。炭陰極真正意義上就是導(dǎo)電體。

在礦冶法煉鋁過程中,應(yīng)用石油焦參與化學(xué)反應(yīng),完全是將鋁還原的過程。

綜上,在鋁冶煉過程中,石油焦無論是從它的用途、性質(zhì)和過程中的行為上看,完全是起到一種還原劑或?qū)щ婓w的作用,是鋁冶煉過程中必不可缺少的主要原材料之一。

 

2  鋁冶煉的真正能源是電,并非是所用的碳

 工業(yè)生產(chǎn)鋁消耗的炭素制品主要有陽(yáng)極糊、預(yù)焙陽(yáng)極、陰極塊、陰極糊、電極、還原劑等,而在絕大多數(shù)是采用電解法生產(chǎn)鋁的過程中,炭陽(yáng)極被俗稱電解鋁的心臟,炭陰極被視為電解鋁的腎臟,采用炭陽(yáng)極的電解鋁方法是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的世界最經(jīng)濟(jì)的方法,沒有炭素制品就不可能完成現(xiàn)行的電解鋁生產(chǎn),炭素行業(yè)是鋁工業(yè)的基礎(chǔ)。

  但在電解鋁的過程中,維持電解鋁生產(chǎn)正常運(yùn)行的能量來源是直流電,從電解鋁的發(fā)展歷程上看,起初每生產(chǎn)一噸鋁約消耗100000kwh,發(fā)展到現(xiàn)在,世界上平均每生產(chǎn)一噸鋁約消耗14000kwh,是因?yàn)殡姷淖饔媒o電解鋁物料(包括炭陽(yáng)極、炭陰極、電解質(zhì)等)提供加熱并達(dá)到生產(chǎn)溫度,是在電流的作用下,通過炭陽(yáng)極、炭陰極作導(dǎo)電體,在陰、陽(yáng)極間持續(xù)不斷地進(jìn)行電解鋁的電化學(xué)反應(yīng),炭陽(yáng)極并參與電化學(xué)反應(yīng)而不斷消耗。

   其實(shí)質(zhì)是,作為鋁電解用炭素陽(yáng)極的主要生產(chǎn)原料的石油焦(碳),并不是鋁冶煉過程中的能源,為此,我們不能說木材是可以作為能源,但將木材應(yīng)用于建筑領(lǐng)域,就說建筑領(lǐng)域消耗了多少能源;另外,因鋁用炭素生產(chǎn)的主要原材料是石油焦,就說鋁用炭素消耗了“石油焦”能源,這顯然是有些偏頗,我們不能將挖煤的企業(yè)挖了多少煤,就說該挖煤企業(yè)消耗了多少煤能源吧;我想這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的道理,因此,如果將鋁電解過程中消耗的石油焦作為能源消耗限額定標(biāo),對(duì)電解鋁和鋁用炭素行業(yè)實(shí)在是“冤枉”。

 

3  將石油焦作為二次能源消耗計(jì)量電解鋁和鋁用炭素行業(yè)在世界上尚無先例

眾所周知,工業(yè)煉鋁只有120多年的歷史,鋁冶煉廠家分布在世界各大洲和地區(qū),世界上在計(jì)算電解鋁的能耗方面有較為統(tǒng)一方法,是根據(jù)國(guó)際上公認(rèn)的相關(guān)定律和法則進(jìn)行的。如果我國(guó)單獨(dú)將可以作為能源的石油焦計(jì)量考核電解鋁或鋁用炭素行業(yè),勢(shì)必造成如下結(jié)果:一是與世界各國(guó)同行業(yè)的計(jì)算能耗標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,造成行業(yè)能耗數(shù)據(jù)的混亂;二是造成中國(guó)電解鋁及鋁用炭素行業(yè)能耗水平的“虛報(bào)”;三是易造成國(guó)際社會(huì)對(duì)中國(guó)鋁行業(yè)的誤解或不必要的爭(zhēng)議;四是不利于中國(guó)鋁行業(yè)的發(fā)展,因能耗問題的問責(zé)制度可能會(huì)引起有關(guān)部門和人員對(duì)行業(yè)的誤解,甚至限制等。

 

4  鋁行業(yè)應(yīng)用石油焦系資源綜合利用

石油焦是鋁用炭素制品的主要原料,它是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后, 重質(zhì)油再經(jīng)干餾而成的產(chǎn)品。石油焦根據(jù)焦化方法的不同,一般可分為釜式焦、平爐焦、延遲焦、接觸焦、硫化焦等。我國(guó)鋁用炭素工業(yè)使用的石油焦大部分是延遲焦化法生產(chǎn)出來的,小部分由釜式焦化法生產(chǎn),所得石油焦又稱生焦。

當(dāng)前,世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越依賴環(huán)境與資源的支撐,人們?cè)跊]有充分認(rèn)識(shí)可持續(xù)發(fā)展之前,由于傳統(tǒng)發(fā)展模式的影響,使世界環(huán)境與資源發(fā)生了急劇的衰退,環(huán)境和資源能為發(fā)展提供的支撐越來越有限,經(jīng)濟(jì)越是高速發(fā)展,環(huán)境與資源越顯得重要??沙掷m(xù)發(fā)展已經(jīng)成為鋁電解用炭素行業(yè)的必然抉擇,而且可持續(xù)發(fā)展也已經(jīng)成為衡量鋁電解用炭素行業(yè)發(fā)展質(zhì)量、發(fā)展水平和發(fā)展程度的客觀標(biāo)準(zhǔn)之一:因?yàn)槠髽I(yè)的發(fā)展早已不是僅僅滿于物質(zhì)利益的最大化,而是在追求利益最大化的同時(shí),把建設(shè)舒適、安全、清潔、優(yōu)美的環(huán)境和人與自然的和諧作為實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身價(jià)值的重要目標(biāo)。

當(dāng)下,鋁電解用炭素制造業(yè)所面臨的形勢(shì)是:鋁電解槽的大型化、陰極和陽(yáng)極電流密度的提高,使開發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、大規(guī)格、新結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極和陰極制品成為一個(gè)必然方向;原料供應(yīng)的緊張、價(jià)格持續(xù)上漲和質(zhì)量的劣化、波動(dòng),是制約鋁用炭素工業(yè)降低成本、提高質(zhì)量的關(guān)鍵因素;環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和人們對(duì)環(huán)境、健康的關(guān)注,使炭素生產(chǎn)中減少污染物排放、實(shí)行清潔生產(chǎn)的壓力日益緊迫;能源價(jià)格的上漲和國(guó)家對(duì)節(jié)約能源、資源綜合利用的要求,使炭素生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗、資源綜合利用成為現(xiàn)實(shí)的重要課題。而鋁用石油焦恰恰是綜合利用了煉油行業(yè)的“廢渣”,系資源綜合利用范疇;也為鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了適宜的經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

 

5 從能源概念和能源所賦予的效能上看,鋁行業(yè)用石油焦作為二次能源消耗限額來定標(biāo)有失公正

   能源的概念有諸多種定義,總體上,人們較普遍認(rèn)為,能源就是向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(礦物質(zhì)能源,核物理能源,大氣環(huán)流能源,地理性能源)。能源亦稱能量資源或能源資源。是指可產(chǎn)生各種能量(如熱量、電能、光能和機(jī)械能等)或可作功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。是指能夠直接取得或者通過加工、轉(zhuǎn)換而取得有用能的各種資源,包括煤炭、原油、天然氣、煤層氣、水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等一次能源和電力、熱力、成品油二次能源,以及其他新能源可再生能源

   能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),未來國(guó)家命運(yùn)取決于能源的掌控。能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費(fèi)量是生產(chǎn)技術(shù)和生活水平的重要標(biāo)志。從能源的定義及能源所賦予的效能上看,鋁行業(yè)用石油焦并不是提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì),而是生產(chǎn)鋁所必需的一種原材料——還原劑,這在前述中已清楚說明。如果堅(jiān)持將鋁行業(yè)用石油焦作為二次能源消耗限額來定標(biāo)鋁用炭素行業(yè)或電解鋁行業(yè)均有失公正和科學(xué)性。

綜上所述,我們不難得出如下結(jié)論:

一是雖然我國(guó)節(jié)能減排面臨巨大挑戰(zhàn),任務(wù)十分艱巨,但也面臨難得的歷史機(jī)遇;科學(xué)制定相關(guān)行業(yè)的能源消耗限額標(biāo)準(zhǔn),不僅有效地保護(hù)了人類賴以生存的環(huán)境,而且科學(xué)引導(dǎo)了行業(yè)的發(fā)展。

二是在全民節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷提高、各方面對(duì)節(jié)能減排的重視程度明顯增強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度不斷加大、科技創(chuàng)新能力不斷提升、節(jié)能減排激勵(lì)約束機(jī)制不斷完善的當(dāng)下,科學(xué)制定鋁行業(yè)能源消耗限額標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

三是將鋁行業(yè)用石油焦作為二次能源消耗限額定標(biāo)鋁用炭素行業(yè)或電解鋁行業(yè),無論從鋁用石油焦的性質(zhì)、用途以及其生產(chǎn)過程中的行為上看,還是從能源定義以及能源消耗所賦予的效能上看,以及從電解鋁真實(shí)的能源和國(guó)際上對(duì)鋁行業(yè)計(jì)算能源消耗方法上看,均不適宜將鋁用石油焦作為二次能源消耗限額于鋁用炭素行業(yè)或電解鋁行業(yè)。

建議在大力推進(jìn)節(jié)能減排、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與資源環(huán)境相協(xié)調(diào)、切實(shí)增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力的同時(shí),科學(xué)制定相關(guān)行業(yè)能源消耗限額標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)我國(guó)鋁工業(yè)科學(xué)發(fā)展。

 

作者單位:中國(guó)有色金屬工業(yè)集團(tuán)  教授級(jí)高級(jí)工程師

責(zé)任編輯:安子

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