Доменный газ - ценное сырье или опасный отход? Ответ прост - и то, и другое. Эффективное использование доменного газа - ключ к устойчивому развитию металлургии. Новейшие технологии позволяют превратить побочный продукт в экологичное топливо и сырье для химической промышленности.
Что такое доменный газ и откуда он берется
Доменный газ - это газообразный продукт, образующийся в процессе выплавки чугуна в доменных печах. Он представляет собой смесь различных газов и является побочным результатом металлургического производства.
Образование доменного газа происходит следующим образом. В доменной печи при высоких температурах (до 2000°С) протекают реакции восстановления железа из его оксидов. При этом часть углерода, поступающего с коксом, сгорает не полностью и образуется ряд газообразных веществ.
Основными компонентами доменного газа являются:
- углекислый газ CO2 - 12-20%
- угарный газ CO - 20-30%
- водород H2 - 1-4%
- азот N2 - 55-58%
Кроме того, в небольших количествах присутствует метан CH4. Физические свойства газа - плотность 1,25-1,37 кг/м3, теплота сгорания 3,6-4,6 МДж/м3.
Как используется доменный газ сегодня
В настоящее время доменный газ находит применение на самих металлургических предприятиях в качестве топлива. Основными его потребителями являются:
- доменные печи (нагрев воздуха в воздухонагревателях);
- коксовые батареи;
- прокатные станы (нагрев методических печей).
Однако использование доменного газа имеет ряд недостатков:
- низкая калорийность по сравнению с природным газом;
- нестабильный состав и параметры в зависимости от режима работы доменных печей.
Для повышения эффективности применяют обогащение доменного газа кислородом, а также смешивание с другими газами (например, коксовым). К примеру, на НЛМК внедрили цифровой сервис для оптимизации использования доменного и природного газа, что позволило добиться экономии последнего.

Очистка и обезвреживание доменного газа
Помимо горючих компонентов, доменный газ содержит значительное количество пыли, которая выносится из печи вместе с газом. Концентрация пыли может достигать 25-30 г/м3.
Очистка газа осуществляется в несколько стадий:
- сухая очистка в пылеуловителях;
- мокрая очистка в скрубберах с использованием воды;
- дополнительная фильтрация перед подачей потребителям.
Пыль, содержащаяся в доменном газе, может приводить к взрывам. Для снижения взрывоопасности газ разбавляют водяным паром или азотом. Кроме того, доменный газ чрезвычайно токсичен из-за высокой концентрации оксида углерода.
Перспективные направления применения
В последнее время активно разрабатываются новые перспективные направления использования доменного газа, помимо применения в качестве топлива на металлургических предприятиях.
Одним из таких направлений является производство синтез-газа методом паровой конверсии доменного газа. Синтез-газ может использоваться для получения ценных химических продуктов, а также как экологичное топливо.
Еще одна перспективная технология - получение водорода из доменного газа для использования в топливных элементах. Водород является экологически чистым энергоносителем и востребован во многих отраслях промышленности.
Кроме того, очищенный доменный газ может служить сырьем для производства метанола, аммиака и других важных химических веществ.

Выработка электроэнергии
Еще одно перспективное применение доменного газа - использование в газотурбинных и парогазовых установках для выработки электроэнергии. Это позволяет не только обеспечить предприятие дополнительной энергией, но и получить прибыль от продажи излишков электроэнергии в сеть.
Например, на Нижнетагильском меткомбинате газотурбинная электростанция мощностью 16 МВт, работающая на доменном газе, вырабатывает до 130 млн кВт*ч электроэнергии в год.
Улучшение экологических показателей
Эффективное использование доменного газа вместо сжигания позволяет значительно улучшить экологические показатели металлургических предприятий.
Во-первых, сокращаются прямые выбросы парниковых газов (CO2, CH4) в атмосферу. Во-вторых, уменьшается потребность в добыче и использовании природного газа. Например, на одном из комбинатов благодаря оптимизации удалось сэкономить более 2 млн м3 природного газа в год.
Кроме того, более эффективное использование доменного газа повышает общую энергоэффективность металлургического производства.
Экономические аспекты
Внедрение передовых технологий использования доменного газа имеет важное экономическое значение.
Во-первых, рациональное применение газа снижает себестоимость основной металлургической продукции за счет экономии топливно-энергетических ресурсов.
Во-вторых, появляется возможность получать дополнительную прибыль от реализации синтез-газа, водорода, электроэнергии, произведенных из доменного газа.
В-третьих, использование собственного доменного газа сокращает затраты на покупку природного газа. На одном предприятии экономия составила около 14 млн долларов в год.
Безусловно, внедрение новых технологий требует начальных инвестиций. Однако их окупаемость, как правило, не превышает 5 лет, что делает такие проекты весьма привлекательными.