高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的重要二次能源。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛和相關(guān)資源化利用技術(shù)的進(jìn)步，高爐煤氣的利用方式也在不斷發(fā)生變化。文中從高爐煤氣的副產(chǎn)與利用現(xiàn)狀出發(fā)，詳細(xì)分析了煤氣中的各種有害氣體的來源與產(chǎn)生途徑，梳理比較了高爐煤氣精脫硫與除酸工藝技術(shù)路線，總結(jié)了高爐煤氣CO2捕獲封存與利用的技術(shù)發(fā)展方向以及高爐煤氣分離提純CO作為化工生產(chǎn)原料的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。結(jié)合分析結(jié)果，提出了高爐煤氣多種有害成分協(xié)同治理，分離提取有價成分作為化工生產(chǎn)原料是符合中國能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)現(xiàn)狀的發(fā)展道路。

2018年中國粗鋼產(chǎn)量超過9.28億t，約占世界總產(chǎn)量的51.3%，自1996年鋼產(chǎn)量超過1億t，已經(jīng)連續(xù)23年居世界位。鋼鐵生產(chǎn)在保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也帶來了大量的固體和氣體污染物排放。中國鋼鐵生產(chǎn)主要以高爐-轉(zhuǎn)爐長流程工藝為主，長流程鋼鐵生產(chǎn)高爐煉鐵環(huán)節(jié)是以鐵礦石、焦炭和煤炭為主要原料，在生產(chǎn)出鐵水的同時副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。

高爐煤氣是高爐煉鐵過程中副產(chǎn)的可燃性氣體，是一種重要的二次能源。由于熱值低、有害成分高，除自身熱風(fēng)爐加熱使用外，富余高爐煤氣的利用經(jīng)歷了從初的直接放散掉，逐步發(fā)展為后續(xù)加熱爐提供能量，燃燒發(fā)電。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，對煤氣燃燒后的排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，高爐煤氣有效成分的提取與高附加值利用途徑也被不斷開發(fā)出來，本文對高爐煤氣凈化提質(zhì)利用技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出了符合中國能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)現(xiàn)狀的發(fā)展方向，為今后鋼鐵生產(chǎn)的節(jié)能減排和綜合利用提供借鑒和參考。

1、高爐煤氣基本情況

1.1高爐煤氣的產(chǎn)生與應(yīng)用

高爐煤氣副產(chǎn)量一般為高爐鼓風(fēng)量的1.35～1.4倍，折合每噸焦炭約為3100m3，每噸鐵約為1600m3。目前高爐煉鐵的方式主要有2種，一是趨于大型化，其產(chǎn)品用于煉鋼并進(jìn)行深加工生產(chǎn)鋼材;另一種是小型高爐，主要用于“短流程”鑄造工藝生產(chǎn)鑄造生鐵。鑄造生鐵中硅、碳含量高于煉鋼生鐵，在冶煉過程中單位產(chǎn)品消耗的焦炭量比煉鋼生鐵要大，因此副產(chǎn)的高爐煤氣的CO含量相對高一些，熱值較高。另外利用高爐生產(chǎn)硅鐵、錳鐵等產(chǎn)品，由于需要的還原溫度較高，生產(chǎn)過程副產(chǎn)的煤氣也具有較高的熱值。

高爐煤氣的成分不僅跟高爐冶煉過程中的焦比、噴煤等燃料消耗有關(guān)，還與高爐的熱風(fēng)溫度、富氧情況、高爐操作情況等諸多因素有關(guān)。由于高爐煤氣中含有大量的N2和CO2，因此高爐煤氣的熱值較低。現(xiàn)階段高爐煤氣一般30%以上的用于自身的熱風(fēng)爐加熱，很多鋼鐵企業(yè)采用汽動鼓風(fēng)方式，汽動鼓風(fēng)消耗高爐副產(chǎn)煤氣約占25%。其余高爐煤氣單獨(dú)或者與鋼廠其他副產(chǎn)煤氣混合供給到企業(yè)各個工序環(huán)節(jié)的加熱爐、均熱爐、熱處理爐等使用或者用于燒結(jié)點(diǎn)火，不同的企業(yè)使用情況不一樣，目前鋼鐵企業(yè)高爐煤氣保證生產(chǎn)加熱需求后的富余煤氣一般用于燃燒發(fā)電。

1.2高爐煤氣主要有害成分

高爐煤氣常見的有害元素有硫、氯、氟、氰等，一般還含有少量的氨和芳香烴等。主要來源于高爐煉鐵過程使用的燃料、鐵礦石、熔劑等爐料，在高爐煉鐵過程中經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后以不同的化學(xué)物成分進(jìn)入到高爐煤氣中。不同的有害元素含量不同，對設(shè)備和大氣的影響也不一樣。隨著環(huán)保要求的不斷提高，對高爐煤氣中的有害成分關(guān)注越來越多。

高爐煤氣中的硫可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫2大類。有機(jī)硫主要成分有：羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、甲硫醇(CH4S)、乙硫醇(C2H6S)、噻吩(C4H4S)等;無機(jī)硫主要成分有：硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)等。由于現(xiàn)階段大部分高爐煤氣后都是通過各種方式的燃燒利用，因此煤氣中的硫終都是以二氧化硫或三氧化硫的方式排放到大氣中。

高爐煤氣中的氯來源比較廣，主要有高爐使用煤和焦炭中的有機(jī)氯以及所含灰分中的無機(jī)氯;礦石或礦石攜帶水分中所含的氯鹽(KCl、NaCl、MgCl、CaCl等);爐料所使用的各種添加劑以及燒結(jié)礦噴灑的氯化鈣等，目前國內(nèi)煉鐵燒結(jié)礦噴灑氯化鈣已經(jīng)很少。不同的氯化合物在高爐內(nèi)高溫、煤氣和氫氣的還原氣氛中反應(yīng)，終超過80%以氯化氫HCl的方式進(jìn)入到高爐煤氣中。氟與氯的性質(zhì)類似，在煤、焦炭、鐵礦石等爐料中都可以檢測出氟的存在，中國煤炭中氟質(zhì)量比為17～1100mg/kg，平均質(zhì)量比為208mg/kg。

煤中的氟含量與灰分含量成正比關(guān)系，灰分越高，氟含量越高，煤中的氟主要以氟磷灰石(3Ca3(PO4)-CaF2)類無機(jī)礦物的形式存在。礦石也是高爐煤氣中氟的主要來源，例如，中國包頭白云鄂博鐵礦中氟含量就處于較高水平。在高爐冶煉過程中爐料中的氟幾乎全部揮發(fā)出來，極少量的氟以氟化氫(HF)和四氟化硅(SiF4)的形式隨爐內(nèi)上升氣流進(jìn)入到高爐煤氣中，大部分以氟化鈉(NaF)、氟化鈣(CaF2)粉塵的形式在高爐內(nèi)循環(huán)，終以爐渣形式排出爐外。