近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵冶金技術(shù)不斷進(jìn)步，使得鋼鐵廠(chǎng)富產(chǎn)煤氣資源量越來(lái)越多。焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品，煤氣資源占到企業(yè)總能耗的比例達(dá)到40%左右，是影響生產(chǎn)成本和利潤(rùn)的重要因素。因此，實(shí)現(xiàn)煤氣的充分回收、合理利用，對(duì)于鋼鐵廠(chǎng)降低成本、發(fā)揮其能源轉(zhuǎn)化作用具有重要的意義。

一、     煤氣利用途徑

煤氣資源受煤種配比、原料結(jié)構(gòu)等影響，焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、高爐煤氣熱值在可控范圍內(nèi)波動(dòng)，按照煤氣結(jié)構(gòu)調(diào)整和煤氣熱值調(diào)整的要求，根據(jù)煤氣種類(lèi)和工藝劃分，煤氣資源合理利用可參照以下原則：

1、 高爐煤氣首先應(yīng)考慮供給焦?fàn)t、高爐熱風(fēng)爐、鍋爐以及軋鋼等用戶(hù)，其中焦化工序盡量以高爐煤氣替代焦?fàn)t煤氣，實(shí)現(xiàn)以高爐煤氣為主，焦?fàn)t煤氣為輔；置換出的焦?fàn)t煤氣可以用于發(fā)電效率達(dá)45%的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電上。

2、 焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，各種參數(shù)波動(dòng)小，熱值高，毒性較小，主要考慮用在熱值要求高的設(shè)備上，如燒結(jié)點(diǎn)火爐等，還可與高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合供軋鋼等用戶(hù)，高熱值的煤氣可有效減少加熱時(shí)間，降低鑄坯燒損。

3、 轉(zhuǎn)爐煤氣應(yīng)優(yōu)先煉鋼工序自用，比如鋼包烘烤、合金烘烤、混鐵爐保溫、在線(xiàn)烘烤、連鑄中間包烘烤等，然后供給低壓鍋爐或直接供給軋鋼加熱爐，最后再供給對(duì)燃料要求不嚴(yán)的用戶(hù)或當(dāng)使用轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)對(duì)車(chē)間生產(chǎn)影響小的用戶(hù)，例如石灰車(chē)間、初軋車(chē)間等。同時(shí)要考慮轉(zhuǎn)爐煤氣用量的最大化，以提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，置換出更多的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣。

大部分鋼鐵企業(yè)煤氣都作為燃料使用，其中焦?fàn)t煤氣因其發(fā)生穩(wěn)定、熱值較高，燃燒后煙氣能夠達(dá)到較高的溫度，作為各用戶(hù)優(yōu)先使用的介質(zhì)，經(jīng)常出現(xiàn)焦?fàn)t煤氣量不足的情況。剩余煤氣采用常規(guī)的發(fā)電機(jī)組利用，其能源轉(zhuǎn)化率只有32%左右，采用發(fā)電效率較高的超高壓發(fā)電機(jī)組、蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電后發(fā)電效率可以適當(dāng)提高37%~42%。

二、      煤氣在非冶金行業(yè)的利用

國(guó)內(nèi)煤氣用于燃燒外的另外一個(gè)利用途徑就是作為化工原料，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，這種途徑又可以具體劃分為多種不同的利用方式。

1、        制取氫氣

焦?fàn)t煤氣組分本身含有氫氣50%以上，是制取氫氣的理想原料。焦?fàn)t煤氣制取氫氣的方法主要是變壓吸附法（PSA），通過(guò)簡(jiǎn)單的吸附分離就可以獲得氫氣，純度可達(dá)99.99%以上。

國(guó)內(nèi)各大鋼廠(chǎng)相繼建成了焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置，氫氣主要用于冷軋罩式爐或連續(xù)退火爐，獨(dú)立焦化企業(yè)制取的氫氣多用于粗苯加氫精制工藝、煤焦油加氫工藝，以廠(chǎng)內(nèi)自用為主，用量有限。因此，氫燃料電池也是氫氣利用的一個(gè)重要方向。

2、        制取天然氣

從焦?fàn)t煤氣的組成看，氫多碳少，從能量利用率看，利用焦?fàn)t煤氣甲烷化制取天然氣，能量利用率可達(dá)80%。特別是焦?fàn)t煤氣分離出H2后，剩余氣體中CH4含量提高，熱值也提高，使用價(jià)值更高。

3、        合成氨

我國(guó)以非無(wú)煙塊煤為原料合成氨能耗平均水平約1554kg標(biāo)煤/噸氨，傳統(tǒng)焦?fàn)t煤氣制合成氨能耗約1250kg標(biāo)煤/噸氨，近年來(lái)焦?fàn)t煤氣制合成氨節(jié)能工藝技術(shù)的發(fā)展，能耗可降至1142kg標(biāo)煤/噸氨。

焦?fàn)t煤氣制合成氨具有資源利用合理、項(xiàng)目投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、單位產(chǎn)品成本低等特點(diǎn)，是其他煤制合成氨路線(xiàn)難以比擬的。制取的合成氨可用來(lái)制造化學(xué)肥料，也作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料，除液氨本身可作為化學(xué)肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥、含氮混合肥和復(fù)合肥，都是氨為原料。此外，新工藝還可回收合成馳放氣中的氫氣，成為制取氫氣的最優(yōu)方法之一。

4、        制取一氧化碳

放散高爐煤氣可用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)，使其再資源化，利用吸附劑提純高爐煤氣，回收利用其CO和CO2等有效成分、減少碳排放，必須考慮各種元素的組成和狀態(tài)，使C、O等元素最優(yōu)配置，達(dá)到最大減排。高爐煤氣中的CO含量低，N2含量高，二者的沸點(diǎn)相近，研究表明，采用變壓吸附法PSA，提純高爐煤氣中的CO時(shí)需要研制專(zhuān)門(mén)的吸附劑。

5、        制取二氧化碳

焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣含有高達(dá)60%的合成氣成分，只需采用成熟的PSA變壓吸附工藝，就可將H2和CO分離并提純出來(lái)。轉(zhuǎn)爐煤氣在變壓吸附分離CO時(shí)還可以得到CO2氣體產(chǎn)品，CO2用途非常廣泛，可用于食品加工業(yè)、糧食果蔬儲(chǔ)存、氣肥、超臨界萃取劑等。

6、        制取甲醇和乙醇

轉(zhuǎn)爐煤氣中CO+CO2含量接近80%，在焦?fàn)t煤氣純氧轉(zhuǎn)化制甲醇工藝中補(bǔ)充部分轉(zhuǎn)爐煤氣可以改善合成氣氫碳比，提高轉(zhuǎn)化效果和甲醇產(chǎn)量。

轉(zhuǎn)爐煤氣制乙醇技術(shù)是將轉(zhuǎn)爐煤氣處灰塵和氧氣后，可以直接在發(fā)酵罐中利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，不受轉(zhuǎn)爐煤氣中CO濃度變化及N2、CO2成分影響。

結(jié)語(yǔ)

焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣不僅可用作工業(yè)燃料氣，還可用作制取清潔燃料，化工合成等的。煤氣的充分回收、合理利用， 有利于鋼鐵廠(chǎng)降低單位產(chǎn)品能耗和污染排放，還可以擴(kuò)展資源化利用途徑，與非鋼鐵冶金行業(yè)形成工業(yè)生態(tài)鏈，提高煤氣的附加值，使煤氣利用向多聯(lián)產(chǎn)方向發(fā)展。

鋼鐵煤氣（焦?fàn)t、高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣）的創(chuàng)新利用，首先需要拋棄一燒了之的粗放模式，要將煤氣中有價(jià)值的組分用在刀刃上，就需要先將煤氣凈化分離。北大先鋒專(zhuān)注煤氣凈化分離二十余年，能夠高效、低成本地將鋼鐵煤氣中CO、CO2、H2、CH4等有價(jià)值組分分離提純，后續(xù)可進(jìn)行鋼化聯(lián)產(chǎn)與高爐頂煤氣循環(huán)煉鐵。

在雙碳目標(biāo)提出之前，鋼鐵煤氣經(jīng)歷了從“無(wú)用放散”到“物有所用”的發(fā)展歷程；雙碳目標(biāo)提出之后，鋼鐵煤氣亟需從“物有所用”到“物盡其用”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。其中鋼化聯(lián)產(chǎn)就是一條被實(shí)踐證實(shí)了的儲(chǔ)碳固碳、降本增效的可行之路，而高爐頂煤氣循環(huán)煉鐵是鋼鐵行業(yè)一種極具可行性的“自產(chǎn)自銷(xiāo)”創(chuàng)新利用模式。