一、溫室氣體與一氧化碳

在物理學(xué)領(lǐng)域，溫度是熱量最直觀的展現(xiàn)形式，但又不足以完全展現(xiàn)，因此熱量又被分為顯熱和潛熱。在溫室氣體中，二氧化碳是最常見的一種，但卻不能代表全部溫室氣體。

近日，國家氣候戰(zhàn)略中心發(fā)布的《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施指南》（以下簡稱《指南》）中指出，溫室氣體指大氣中吸收和重新放出紅外輻射的自然和人為的氣態(tài)成分，包括二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）、氧化亞氮（N?O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF?）和三氟化氮（NF?）。

除了《指南》規(guī)定的7種明確的溫室氣體外，還有一種“潛在”溫室氣體一氧化碳（CO），因?yàn)樗图淄椋–H?）一樣具有可燃性，當(dāng)它的利用方式確定為燃燒后，最終會(huì)變?yōu)槎趸迹–O?）。一氧化碳（CO）廣泛存在和應(yīng)用于化工、鋼鐵行業(yè)，在化工行業(yè)需要CO進(jìn)行化工合成，轉(zhuǎn)化為CO?的量較少；但在鋼鐵冶煉過程中副產(chǎn)的CO，主要利用方式是進(jìn)行燃燒加熱、發(fā)電，最終轉(zhuǎn)化為CO?的量很大。因此，在鋼鐵行業(yè)中的CO，可以看做一種“潛在”的溫室氣體。

鋼鐵行業(yè)中，CO來源主要是高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣，成分組成如表1所示。

CO的產(chǎn)生主要源于鋼鐵冶煉過程中焦炭、煤粉的不完全燃燒，以目前的生產(chǎn)工藝來講是不可避免的，因此在現(xiàn)階段鋼鐵產(chǎn)業(yè)一定會(huì)副產(chǎn)CO氣體，并且限于節(jié)能環(huán)保要求，也需要給副產(chǎn)的CO提供一條高效的利用途徑。

二、一氧化碳的性能分析

一氧化碳通常狀況下為是無色、無臭、無味的氣體，化學(xué)式為CO，分子量28，是碳和氧的化合物。熔點(diǎn)為-205℃，沸點(diǎn)為-191.5℃，難溶于水，不易液化和固化?；瘜W(xué)性質(zhì)上，一氧化碳具有可燃性、還原性，也可做碳一化工合成原料氣，同時(shí)具有毒性，較高濃度時(shí)能使人出現(xiàn)不同程度中毒癥狀。

三、 一氧化碳的利用途徑

一氧化碳最主要的性能是可燃性、還原性和可合成性（合成碳一化工），因此其利用途徑也主要從這三個(gè)性能考慮。

1、可燃性

首先是可燃性，即具備熱值可以通過燃燒釋放熱量，目前鋼鐵企業(yè)對于副產(chǎn)煤氣中的一氧化碳的利用也基本是利用其可燃性，后續(xù)進(jìn)行加熱和發(fā)電。一氧化碳的體積熱值是12.64MJ/Nm3，如果使用大卡熱值是3018Kcal/Nm3，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度是1.2504kg/Nm3，質(zhì)量熱值是10.1MJ/kg，如果使用大卡熱值是2416Kcal/kg，熱值是只有標(biāo)準(zhǔn)煤熱值（7000Kcal/kg）的1/3，再者因?yàn)榇嬖谟诟郀t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣中的含量都不超過50%，同時(shí)一氧化碳燃燒后會(huì)直接變?yōu)槎趸?，?huì)產(chǎn)生名副其實(shí)的溫室氣體。

以發(fā)電為例，根據(jù)《中國能源報(bào)》數(shù)據(jù)，燃煤發(fā)電的碳排放（CO₂）在700-900g/kWh之間，取平均值800g/kWh。使用煤氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，高爐煤氣消耗為3.5Nm3/kWh，轉(zhuǎn)爐煤氣消耗為1.7Nm3/kWh，高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)電機(jī)組單位發(fā)電量碳排放（CO₂）1375g/kWh。由此可見高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)電的單位碳排放量比燃煤發(fā)電的單位碳排放量高70%以上，因此鋼鐵行業(yè)將一氧化碳進(jìn)行燃燒利用，尤其進(jìn)行發(fā)電利用，在碳排放角度來看并非最優(yōu)方案。

2、還原性

一氧化碳除了可燃性，還有一個(gè)特性是還原性，可以和氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鋼鐵行業(yè)高爐煉鐵的工序本身就是一個(gè)氧化還原反應(yīng)：

C+FexOy→Fe+CO+CO₂

高爐中參與反應(yīng)的還原劑主要是焦炭和煤粉，以及副產(chǎn)的一氧化碳，可見高爐煉鐵過程中使用一氧化碳進(jìn)行還原氧化鐵是可行的，也是實(shí)際應(yīng)用正在發(fā)生的。因此將一氧化碳吹入高爐進(jìn)行煉鐵還原在技術(shù)原理上是完全可行的，只是需要計(jì)算噴入的純度、數(shù)量、壓力、溫度等實(shí)際參數(shù)。高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣中除了含有一氧化碳，還有氮?dú)夂投趸迹▏娙敫郀t中會(huì)產(chǎn)生不利的影響），因此如果需要利用煤氣中一氧化碳的還原性，就需要進(jìn)行預(yù)處理的提純分離。

將副產(chǎn)煤氣提純后噴入高爐，即“高爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)”，對于高爐低碳冶煉具有幫助，雖然噴入高爐的一氧化碳最終還是變?yōu)榱硕趸紲厥覛怏w，但是能夠節(jié)約焦炭和煤粉的用量，從而降低碳排放，從碳排放角度對比燃燒使用更具優(yōu)勢，目前國內(nèi)案例較少，只有晉南鋼鐵和縱橫鋼鐵有過應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)性需要進(jìn)一步分析。

3、碳一化工合成

我國的能源結(jié)構(gòu)是“缺油少氣”，相對于石油和天然氣，煤炭產(chǎn)量較為豐富，近年來煤化工的發(fā)展也較為快速。煤化工的本質(zhì)是以煤為原料造氣，產(chǎn)生一氧化碳和氫氣，然后分別提純再進(jìn)行化工合成，生產(chǎn)甲醇、乙醇、乙二醇等多種化工產(chǎn)品。在鋼鐵行業(yè)，可以將高爐、轉(zhuǎn)爐和焦?fàn)t看做“造氣爐”，煉鐵、煉鋼、煉焦的同時(shí)副產(chǎn)一氧化碳和氫氣，分別提純后也可以進(jìn)行化工合成生產(chǎn)化工品。

使用鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)煤氣進(jìn)行化工合成的模式，即“鋼化聯(lián)產(chǎn)”模式，目前國內(nèi)已有2個(gè)項(xiàng)目在運(yùn)行（不包含獨(dú)立焦化做化工），石橫特鋼-阿斯德和晉南鋼鐵-沃能化工。鋼化聯(lián)產(chǎn)模式最大的優(yōu)勢是將原本用于燃燒的一氧化碳，直接固化存儲(chǔ)到化工產(chǎn)品中，不再使其變?yōu)槎趸紲厥覛怏w，同時(shí)還能通過化工品產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，是兼具社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)收益的項(xiàng)目。

四、 總結(jié)

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，2022年鋼鐵產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值超過5萬億，占全國GDP的5%左右；2022年鋼鐵產(chǎn)業(yè)的碳排放量約18億噸，占全國碳排放的15%左右。鋼鐵產(chǎn)業(yè)的碳排放占比是其產(chǎn)值占比的3倍，碳減排任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。鋼鐵行業(yè)內(nèi)提到碳減排，首先想到是二氧化碳，往往忽略一氧化碳，對待一氧化碳采取一燒了之的方案經(jīng)濟(jì)性不高，可以考慮利用其還原性和化工合成的特性，發(fā)揮一氧化碳的最大價(jià)值。

現(xiàn)階段，鋼鐵的生產(chǎn)還離不開碳的介入，產(chǎn)生二氧化碳也是必然的，因此，在過程中如果能減少從一氧化碳生成二氧化碳的量，即從根源上進(jìn)行碳減排治理，對于整個(gè)行業(yè)的碳減排是非常有意義的。