钢铁联合企业在钢铁生产过程中存在大量的副产煤气资源———高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气，这3种气体高效综合利用是钢铁企业实现节能降耗和低碳减排的突破口。

　　高炉煤气由于有效气体含量最低，排放量最大，钢铁企业在没有煤气柜作缓冲或在煤气不平衡时首先选择放散高炉煤气，故高炉煤气放散率一般作为衡量钢铁企业煤气平衡措施和水平的标志。高炉煤气利用率较低的主要原因在于其惰性气体含量高、发热量低、燃烧温度低、着火困难和燃烧稳定性差等。由于炼铁产能利用率走低，高炉煤气被迫放散严重，利用情况不容乐观，故二次能源中高炉煤气的有效利用是钢厂节能降耗的重中之重。

　　高炉煤气直接放散，会产生有毒气体，污染环境。而将其直接燃烧，利用效率低，会产生大量CO2。目前，经过高炉煤气提纯技术得到的富CO（＞60%）可作为冶金燃气或炼铁还原气，高纯CO（＞98%）可作为羧基合成原料合成高附加值产品。

　　高炉煤气的基本特性

　　高炉煤气是一种无色、无味、有毒的低热值气体燃料。高炉煤气的发生量和成分取决于生产和工艺状况，煤气成分变化会引起热值波动。其中，产量高，发生量就大；焦比低，热值就低。

　　目前，高炉大型化，采用高风温、高冶炼强度、喷煤比高的生产工艺提高了劳动生产率并降低了燃料比，但所产高炉煤气热值更低，增加了煤气利用难度。高炉煤气中的CO2、N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还会大量吸收燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气热值仅为3000kJ/m3~3800kJ/m3，常温下燃烧不稳定，理论燃烧温度只有1300℃左右，高炉煤气主要成分中的可燃成分（CO占22%～26%、H2占1%～4%）仅占25%左右，其余为N2（占58%～60%）和CO2等不可燃气体，燃烧温度低，着火比较困难，作为锅炉燃料使用时，烟气量较大。

　　根据高炉煤气利用现状来看，高炉煤气利用途径主要有：利用煤气余压余能进行高炉煤气余压透平发电（TRT或BPRT）；采取高炉煤气富化措施，高炉煤气可作为燃料使用；将高炉煤气提纯，可替代天然气用于轧钢退火炉，或采用高纯高炉煤气作为羧基合成原料合成化工产品；高炉炉顶煤气提纯后作为还原性气体用于高炉喷吹，实现低碳炼铁。

　　用于发电和作为燃料

　　TRT。该装置是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，通过透平膨胀机膨胀做功，驱动发电机发电或驱动其他设备进行能量回收。该装置可回收高炉鼓风机所需能量的30%～50%，经济效益十分显著。同时，该装置正常运转时，能替代减压阀组，较好地调节稳定炉顶压力、净化煤气。

　　共用型TRT。共用型TRT是两座高炉共用一套高炉煤气余压透平发电装置的简称。利用两座高炉各自的大型阀门系统，把煤气导入同一透平的不同流道，驱动一台发电机发电，使用两套可调静叶，同时控制两座高炉的顶压。该机组可满足一座高炉运行、另一座高炉休风或没有生产的工艺要求，既可用于同等规格炉型，又可用于不同规格炉型。

　　3H-TRT。陕鼓和浙江大学合作研发推出了“提高高炉冶炼强度的顶压能量回收系统”（简称3H-TRT），不仅能回收高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，而且通过采用STPC技术对高炉顶压进行高精度的智能控制，可升高高炉顶压的设定值，增大高炉送风的质量流量，从而提高高炉的冶炼强度，降低焦比，实现高炉高效化。该技术不仅回收了以往在减压阀组浪费掉的能量，而且可提高高炉利用系数2%～3%，降低焦比1%～3%，从而增加高炉生铁日产量，降低高炉冶炼成本，进一步强化高炉冶炼。

　　BPRT。该装置集成了高炉鼓风和能量回收两个机组的功能，是由电能和煤气能双能源驱动的鼓风机组，在该机组中的高炉煤气透平回收能量不是用来发电，而是直接同轴驱动鼓风机，避免了发电机的机械能转变为电能和电能转变为机械能的二次能量转换的损失，回收效率更高。BPRT机组将TRT原有的庞大系统简化合并，取消发电机及发配电系统，合并自控系统、润滑油系统、动力油系统等，将回收的能量直接作为旋转机械能补充在轴系上，避免能量转换的损失，使驱动鼓风机的电机降低电流而节能。该装置可降低产品成本，减少用户投资，提高企业市场竞争力。

　　燃料。高炉煤气或富化后（掺烧高热值焦炉煤气或转炉煤气）主要用于高炉系统热风炉自耗（占45%左右）、热风炉烧炉和烧结机点火用、复热式焦炉燃料、加热炉或热处理炉燃料、石灰窑燃料等。与高热值煤气（焦炉煤气、天然气、液化石油气等）掺混为混合煤气，采用高温蓄热式燃烧技术（HTAC）用于轧钢加热炉，纯烧高炉煤气锅炉蒸汽汽轮机发电，燃气—蒸汽联合循环发电（CCPP）等。

　　用于高炉喷吹助力低碳炼铁

　　将富余高炉煤气采用变压吸附提纯后作为高炉还原性气体进行高炉炉顶煤气循环，用于高炉喷吹，可大幅降低入炉焦比，实现低碳炼铁和节能减排。在高炉喷吹炉顶煤气可行的方法有以下3种：

　　一是把炉顶煤气经过脱CO2处理后，部分以冷态炉顶煤气加纯氧从炉缸风口喷进高炉，同时，把另一部分加热到900℃后喷进炉身风口。这种方式只经过JFE理论研究认为可行，还没有经过试验验证。在JFE的研究中，该法与废塑料喷吹相结合，减排CO2量可达25%。

　　二是炉缸风口喷吹100%经过脱CO2处理的热态高炉煤气和冷态工业氧或高富氧风。这种情况经过日本东北大学理论计算是可行的，并且经过了俄罗斯土拉钢铁工业试验证实。土拉钢铁的工业试验表明，氧浓度越高，生产率提高越大，焦比降低越多。在氧浓度为87.7%的情况下，喷吹热高炉煤气时，随焦炭带入的碳素减少了28.5%，高炉的CO2产生量大幅降低。

　　三是把高炉煤气经过脱CO2处理，分别从炉缸风口和炉身风口喷进高炉。从炉缸风口喷入的高炉煤气要加热到1250℃，从炉身风口喷进的要加热到900℃，且用冷态纯氧喷吹代替通常的鼓风操作。这种方法经过ULCOS的试验证明，可使炉况顺行，炉身工作效率稳定，最大可使燃料比减少24%。如果加上脱除高炉煤气中的CO2量，会使CO2减排量达到76%。

　　生产高附加值化工产品

　　当下环境问题严峻，有关部门正在酝酿推出环境税和碳税，将使陷入微利甚至亏损境地的钢铁企业再度受到重击。钢铁厂高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气是碳排放的主要来源，将其合理回收利用成为关键，钢化联产可实现高炉煤气资源的高效利用，显著提升企业经济效益，大幅降低碳排放。副产高炉煤气可用于生产多种化工产品，提纯CO可生产高附加值产品如甲醇、乙醇、乙二醇、醋酸、醋酐、甲酸、聚氨酯（TDI）、二甲基酰胺（DMF）、碳酸二甲酯、丁辛醇等。由于高炉煤气成本低廉，生产化工产品更有竞争力，可为企业创造更大的经济和社会效益。

　　高炉煤气制甲醇。煤气资源丰富的企业，可以利用富含碳资源的高炉煤气、转炉煤气和富含氢资源的焦炉煤气制备化工产品（如甲醇），进行高效资源化利用，不仅可以实现CO2减排，而且可以廉价地获得高附加值的化工产品。针对高炉煤气中氮气与CO、CO2分离困难，已有企业开发出回收其中CO和CO2的变压吸附技术。CO和CO2与变压吸附从焦炉煤气中提取的H2配合，可获得满足要求的甲醇合成气，并同时保证钢铁生产的物质平衡和能量平衡。该工艺为物理分离、混合过程，不包含转化等反应步骤，过程简单，是一种高炉煤气碳减排利用的有效方法。

　　工业煤气发酵制乙醇。新西兰某公司全球首创了煤气发酵制燃料乙醇技术，该技术以高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气及其彼此间的混合气体为原料，通过微生物发酵工艺，生产汽车及航空用燃料乙醇产品（6CO+3H2O→C2H5OH+4CO2）。该工艺流程包括气体预处理、生物发酵、酒精提纯、污水处理等。

　　鉴于高炉煤气提纯CO技术顺利工业化应用，钢铁企业同样可采用变压吸附提纯CO技术从高炉煤气、转炉煤气中提取高纯度CO气体，从焦炉煤气中提纯H2，用于合成高附加值的化工产品，例如乙二醇、丁辛醇、合成氨等，延长产业链条，优化产业结构，走钢化联产的可持续发展道路。这一思路较之高炉煤气提纯后燃烧利用具有更为显著的经济效益和社会效益，是钢铁企业摆脱微利局面，提高企业抗风险能力和市场竞争力的有效途径