钢铁行业是国民经济的重要基础产业，也是高能耗行业。2020年我国粗钢产量10.6亿吨，占全球粗钢产量份额的56.5%。2020年12月31日，工信部发布《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见（征求意见稿）》，提出力争到2025年，钢铁工业基本形成产业布局合理、技术装备先进、全球竞争力强、绿色低碳可持续的发展格局；并针对“绿色低碳”，提出推进产业间耦合发展，力争率先实现碳排放达峰。河北、天津等省市相继出台了工业炉窑CO减排指标要求。研究转炉放散煤气（CO）高效洁净催化燃烧技术对于钢铁行业节能减排与碳达峰、碳中和意义重大。 

　　转炉炼钢法是我国最主要的炼钢方法之一。转炉冶炼过程中产生含有高浓度CO和少量CO₂、O₂、N₂的煤气。鉴于吹炼前期和后期产生的煤气含氧量过高，存在爆炸危险，这部分煤气（占全周期转炉煤气发生量的20-30%）不符合气柜回收条件，通常以甲烷等燃气引燃的形式放散，造成大量的能源浪费与CO₂排放。 

　　力学所高温气体动力学国家重点实验室高效洁净燃烧研究团队针对转炉放散煤气流量与浓度波动特性，提出了CO自持催化燃烧技术，并设计出Cu基催化剂制备技术；深入研究了催化剂结构/物化特性和催化性能之间的关联特性，进一步明确了CO催化燃烧反应机理与稳燃机制；并实现了由本征反应动力学阶段向自持燃烧阶段的拓展；在力学所怀柔基地进行了小试实验，开展了由实验室研究型催化剂向工业应用级蜂窝陶瓷催化剂过渡的性能研究；获得了拓宽CO自持催化燃烧稳燃范围、实现反应系统稳定运行的方法和途径。这些结果可为促进转炉放散煤气从“所需燃气引燃”到“自身能量回收利用”的双向节能奠定基础，对于工业炉窑CO节能减排技术的研发及工程应用具有重要意义。 

　　相关的研究成果已发表期刊论文9篇（Proceedings of the Combustion Institute 2篇、Fuel 3篇、Applied Catalysis A, General、Combustion Science and Technology等期刊），申请专利10项（授权5项）。该科研工作得到中国科学院战略性先导科技专项（A类）“炼钢转炉煤气高效清洁燃烧节能新技术”（XDA21040500）与国家自然科学基金面上项目（51776216）的支持。 

　　图1 低温等离子体与热催化技术相结合实现CO快速引燃过程（A）及等离子体反应路径（B）；CuCe_0.75Zr_0.25O_δ催化剂上CO自持催化燃烧的二维温度场（C）及稳燃极限（D）；CO引燃诱导、自持催化燃烧阶段质谱瞬态响应实验结果（E）及双稳态反应动力学模型（F）