摘要：高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)是高(gao)爐(lu)煉鐵生(sheng)產(chan)(chan)過(guo)程中(zhong)副(fu)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)重要二次(ci)能源。隨(sui)著環保要求的(de)(de)(de)(de)(de)日(ri)益嚴苛和(he)相關資源化利(li)用技術的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)步，高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)利(li)用方式也(ye)在不斷發(fa)(fa)生(sheng)變化。文中(zhong)作者從(cong)高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)副(fu)產(chan)(chan)與(yu)利(li)用現狀(zhuang)出(chu)發(fa)(fa)，詳細分(fen)(fen)析了(le)(le)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)有害氣(qi)體的(de)(de)(de)(de)(de)來源與(yu)產(chan)(chan)生(sheng)途徑，梳(shu)理比(bi)較了(le)(le)高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)精(jing)脫硫(liu)與(yu)除酸工(gong)藝技術路線，總結了(le)(le)高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)CO2捕獲(huo)封存(cun)與(yu)利(li)用的(de)(de)(de)(de)(de)技術發(fa)(fa)展(zhan)方向以及高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)分(fen)(fen)離(li)提(ti)純CO作為化工(gong)生(sheng)產(chan)(chan)原料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)技術現狀(zhuang)與(yu)發(fa)(fa)展(zhan)趨勢(shi)。結合分(fen)(fen)析結果，提(ti)出(chu)了(le)(le)高(gao)爐(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)多(duo)種(zhong)有害成分(fen)(fen)協同治理，分(fen)(fen)離(li)提(ti)取(qu)有價(jia)成分(fen)(fen)作為化工(gong)生(sheng)產(chan)(chan)原料(liao)是符合中(zhong)國能源結構(gou)和(he)工(gong)業現狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)道路。

2018年(nian)中國粗鋼產(chan)(chan)量(liang)超(chao)過9.28億t，約占(zhan)世界總產(chan)(chan)量(liang)的(de)51.3%，自1996年(nian)鋼產(chan)(chan)量(liang)超(chao)過1億t，已經(jing)連續23年(nian)居(ju)世界第一位[1、2]。鋼鐵(tie)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)在(zai)(zai)保障國民(min)經(jing)濟發展的(de)同時也(ye)帶來了大(da)量(liang)的(de)固體和氣體污(wu)染物(wu)排(pai)放。中國鋼鐵(tie)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)主要以(yi)高(gao)(gao)爐(lu)-轉(zhuan)爐(lu)長流程工藝為主，長流程鋼鐵(tie)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)高(gao)(gao)爐(lu)煉鐵(tie)環節(jie)是以(yi)鐵(tie)礦石、焦炭和煤炭為主要原料，在(zai)(zai)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)出鐵(tie)水的(de)同時副產(chan)(chan)高(gao)(gao)爐(lu)渣(zha)和高(gao)(gao)爐(lu)煤氣。

高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)氣是(shi)高(gao)爐(lu)(lu)煉鐵過程(cheng)中副產(chan)的(de)(de)可燃性氣體(ti)，是(shi)一種重要的(de)(de)二次能(neng)(neng)源。由于熱值低、有害成分高(gao)，除(chu)自(zi)身熱風爐(lu)(lu)加(jia)熱使用(yong)(yong)(yong)外，富余高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)氣的(de)(de)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)經歷(li)了(le)(le)從最初的(de)(de)直(zhi)接(jie)放(fang)散掉，逐(zhu)步發(fa)展(zhan)為后(hou)續加(jia)熱爐(lu)(lu)提供能(neng)(neng)量，高(gao)效(xiao)燃燒發(fa)電。隨著環保要求的(de)(de)日益嚴格，對煤(mei)氣燃燒后(hou)的(de)(de)排放(fang)標準(zhun)要求越來越高(gao)，高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)氣有效(xiao)成分的(de)(de)提取與高(gao)附加(jia)值利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)途徑也(ye)被不(bu)斷開發(fa)出來，本文對高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)氣凈化提質利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)技術的(de)(de)現狀(zhuang)(zhuang)進(jin)行了(le)(le)分析總結(jie)，并提出了(le)(le)符合中國能(neng)(neng)源結(jie)構和工業現狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向，為今后(hou)鋼鐵生產(chan)的(de)(de)節能(neng)(neng)減排和高(gao)效(xiao)綜合利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)提供借鑒(jian)和參考(kao)。

1、高爐煤氣基本情況

1.1高爐煤氣的產生與應用

高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)(mei)氣(qi)副(fu)(fu)產(chan)量(liang)一般為高(gao)爐(lu)(lu)鼓風量(liang)的1.35～1.4倍(bei)，折合每(mei)(mei)噸焦炭約為3100m3，每(mei)(mei)噸鐵(tie)(tie)(tie)(tie)約為1600m3[3]。目前高(gao)爐(lu)(lu)煉(lian)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的方式主(zhu)要有2種，一是趨(qu)于(yu)(yu)大(da)型(xing)化，其產(chan)品用(yong)于(yu)(yu)煉(lian)鋼并進行深(shen)加工生(sheng)(sheng)產(chan)鋼材;另一種是小型(xing)高(gao)爐(lu)(lu)，主(zhu)要用(yong)于(yu)(yu)“短流程(cheng)(cheng)”鑄(zhu)造(zao)工藝(yi)生(sheng)(sheng)產(chan)鑄(zhu)造(zao)生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)。鑄(zhu)造(zao)生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)中(zhong)硅(gui)、碳含量(liang)高(gao)于(yu)(yu)煉(lian)鋼生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)，在(zai)冶煉(lian)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)單位(wei)產(chan)品消耗的焦炭量(liang)比(bi)煉(lian)鋼生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)要大(da)，因此副(fu)(fu)產(chan)的高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)(mei)氣(qi)的CO含量(liang)相對高(gao)一些，熱(re)值較高(gao)(表1)。另外利(li)用(yong)高(gao)爐(lu)(lu)生(sheng)(sheng)產(chan)硅(gui)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)、錳鐵(tie)(tie)(tie)(tie)等產(chan)品，由于(yu)(yu)需(xu)要的還原溫度(du)較高(gao)，生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)副(fu)(fu)產(chan)的煤(mei)(mei)氣(qi)也具(ju)有較高(gao)的熱(re)值。

高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)成分不僅跟高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)冶煉過(guo)程中的(de)(de)(de)焦比、噴(pen)煤等(deng)燃料消耗有(you)(you)關，還與(yu)高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)風(feng)溫度、富氧情(qing)(qing)況、高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)操作情(qing)(qing)況等(deng)諸多(duo)(duo)因素有(you)(you)關。由(you)于高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)中含有(you)(you)大量的(de)(de)(de)N2和CO2，因此高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)值較低。現階段高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)一(yi)(yi)般(ban)30%以(yi)上的(de)(de)(de)用于自身的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)風(feng)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)加(jia)熱(re)(re)(re)，很多(duo)(duo)鋼鐵企業(ye)采用汽(qi)動(dong)鼓(gu)風(feng)方(fang)式(shi)，汽(qi)動(dong)鼓(gu)風(feng)消耗高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)副產煤氣(qi)(qi)約占25%[4]。其(qi)余高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)單獨或(huo)者(zhe)與(yu)鋼廠其(qi)他副產煤氣(qi)(qi)混合(he)供給(gei)到企業(ye)各個(ge)工序環節的(de)(de)(de)加(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、均(jun)熱(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)、熱(re)(re)(re)處(chu)理爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)等(deng)使(shi)用或(huo)者(zhe)用于燒結點火，不同的(de)(de)(de)企業(ye)使(shi)用情(qing)(qing)況不一(yi)(yi)樣，目前鋼鐵企業(ye)高爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)保證生產加(jia)熱(re)(re)(re)需求后的(de)(de)(de)富余煤氣(qi)(qi)一(yi)(yi)般(ban)用于燃燒發電。

1.2高爐煤氣主要有害成分。

高(gao)(gao)爐煤氣常見的(de)(de)有害(hai)元素(su)有硫、氯(lv)、氟、氰等(deng)，一般還(huan)含有少量的(de)(de)氨和芳香烴等(deng)[5]。主要來源于高(gao)(gao)爐煉(lian)鐵(tie)過程使用的(de)(de)燃料、鐵(tie)礦石、熔(rong)劑等(deng)爐料，在高(gao)(gao)爐煉(lian)鐵(tie)過程中經過復(fu)雜的(de)(de)化學(xue)反應(ying)最后以不(bu)(bu)同的(de)(de)化學(xue)物成(cheng)分進入到高(gao)(gao)爐煤氣中。不(bu)(bu)同的(de)(de)有害(hai)元素(su)含量不(bu)(bu)同，對設備(bei)和大(da)氣的(de)(de)影響也不(bu)(bu)一樣。隨著環保要求的(de)(de)不(bu)(bu)斷提(ti)高(gao)(gao)，對高(gao)(gao)爐煤氣中的(de)(de)有害(hai)成(cheng)分關注越來越多。

高爐(lu)煤(mei)氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)硫可分(fen)(fen)(fen)為有機硫和(he)無機硫2大類(lei)。有機硫主要成分(fen)(fen)(fen)有：羰基硫(COS)、二(er)硫化碳(CS2)、甲硫醇(chun)(CH4S)、乙硫醇(chun)(C2H6S)、噻吩(C4H4S)等(deng);無機硫主要成分(fen)(fen)(fen)有：硫化氫(H2S)、二(er)氧(yang)化硫(SO2)等(deng)[6-7]。表2是(shi)某鋼廠高爐(lu)煤(mei)氣(qi)(qi)取樣分(fen)(fen)(fen)析測試不(bu)(bu)同硫成分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)平均值，可以看出不(bu)(bu)同化學成分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)硫其含量差別較大，但都是(shi)在煤(mei)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)百萬分(fen)(fen)(fen)率的(de)(de)(de)量級上(shang)。由(you)于現階段大部分(fen)(fen)(fen)高爐(lu)煤(mei)氣(qi)(qi)最后都是(shi)通過各(ge)種方(fang)式的(de)(de)(de)燃燒(shao)利用，因此煤(mei)氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)硫最終都是(shi)以二(er)氧(yang)化硫或(huo)三氧(yang)化硫的(de)(de)(de)方(fang)式排放到大氣(qi)(qi)中(zhong)。

高爐(lu)煤(mei)(mei)氣(qi)中(zhong)的(de)氯來源比較廣，主要有高爐(lu)使用(yong)(yong)煤(mei)(mei)和焦炭中(zhong)的(de)有機氯以(yi)及所含灰分中(zhong)的(de)無機氯;礦石(shi)或(huo)礦石(shi)攜帶水分中(zhong)所含的(de)氯鹽(KCl、NaCl、MgCl、CaCl等);爐(lu)料所使用(yong)(yong)的(de)各種添(tian)加劑以(yi)及燒結礦噴灑的(de)氯化(hua)(hua)鈣等[8-11]，目前國(guo)內(nei)煉鐵燒結礦噴灑氯化(hua)(hua)鈣已經很少。不同的(de)氯化(hua)(hua)合(he)物在高爐(lu)內(nei)高溫、煤(mei)(mei)氣(qi)和氫(qing)氣(qi)的(de)還原氣(qi)氛中(zhong)反應，最終(zhong)超(chao)過80%以(yi)氯化(hua)(hua)氫(qing)HCl的(de)方式進入到(dao)高爐(lu)煤(mei)(mei)氣(qi)中(zhong)。

氟(fu)與氯的性(xing)質類似，在(zai)煤(mei)、焦炭(tan)、鐵礦石等爐料中都(dou)可以檢(jian)測出氟(fu)的存在(zai)，中國(guo)煤(mei)炭(tan)中氟(fu)質量比為17～1100mg/kg，平均質量比為208mg/kg[12-13]。

煤(mei)(mei)中(zhong)的(de)(de)氟(fu)(fu)含(han)量與灰分含(han)量成正比關(guan)系，灰分越(yue)高(gao)，氟(fu)(fu)含(han)量越(yue)高(gao)，煤(mei)(mei)中(zhong)的(de)(de)氟(fu)(fu)主(zhu)要(yao)以(yi)(yi)氟(fu)(fu)磷灰石(3Ca3(PO4)-CaF2)類無機礦(kuang)物的(de)(de)形(xing)式(shi)(shi)存在。礦(kuang)石也是高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)(mei)氣中(zhong)氟(fu)(fu)的(de)(de)主(zhu)要(yao)來源，例如，中(zhong)國包頭白云鄂博鐵礦(kuang)中(zhong)氟(fu)(fu)含(han)量就處于較高(gao)水平。在高(gao)爐(lu)(lu)冶煉(lian)過程中(zhong)爐(lu)(lu)料中(zhong)的(de)(de)氟(fu)(fu)幾乎全部揮發(fa)出來，極(ji)少量的(de)(de)氟(fu)(fu)以(yi)(yi)氟(fu)(fu)化氫(HF)和四(si)氟(fu)(fu)化硅(SiF4)的(de)(de)形(xing)式(shi)(shi)隨爐(lu)(lu)內(nei)上(shang)升氣流進入到高(gao)爐(lu)(lu)煤(mei)(mei)氣中(zhong)，大部分以(yi)(yi)氟(fu)(fu)化鈉(NaF)、氟(fu)(fu)化鈣(CaF2)粉(fen)塵的(de)(de) 形(xing) 式(shi)(shi) 在 高(gao) 爐(lu)(lu) 內(nei) 循 環，最 終 以(yi)(yi) 爐(lu)(lu) 渣 形(xing) 式(shi)(shi) 排出爐(lu)(lu)外[14-16]。

高(gao)爐煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)氰(qing)(qing)來源主(zhu)要有(you)2個方面，一是高(gao)爐中(zhong)(zhong)煤(mei)(mei)(mei)(mei)和焦炭中(zhong)(zhong)有(you)機氰(qing)(qing)的(de)(de)揮發，由于成煤(mei)(mei)(mei)(mei)的(de)(de)植物(wu)(wu)(wu)堿(jian)、葉綠素和其他各(ge)種組織都含有(you)氮，最終以(yi)比較穩定的(de)(de)有(you)機氮的(de)(de)狀(zhuang)態賦存在(zai)煤(mei)(mei)(mei)(mei)中(zhong)(zhong)，在(zai)高(gao)爐冶煉過程中(zhong)(zhong)以(yi)氰(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)形(xing)(xing)式揮發進入到高(gao)爐煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)[17];第二(er)就(jiu)是在(zai)高(gao)爐內(nei)反應(ying)生(sheng)產(chan)的(de)(de)無機氰(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)。高(gao)爐內(nei)鉀、鈉等堿(jian)金屬(shu)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)被還原后形(xing)(xing)成蒸氣，堿(jian)金屬(shu)蒸氣在(zai)高(gao)爐內(nei)與固(gu)定碳和氮氣發生(sheng)反應(ying)生(sheng)成氰(qing)(qing)化(hua)鉀(KCN)和氰(qing)(qing)化(hua)鈉(NaCN)[16]。堿(jian)金屬(shu)氰(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)以(yi)粉塵的(de)(de)形(xing)(xing)式跟隨(sui)高(gao)爐煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣進入除塵系統，經過濕法(fa)除塵或(huo)煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)水蒸氣冷凝還可以(yi)進一步形(xing)(xing)成氫(qing)氰(qing)(qing)酸(HCN)、鐵氰(qing)(qing)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(k3[Fe(CN)6、Na3[Fe(CN)6])和 重金屬(shu)離子絡合物(wu)(wu)(wu)，其中(zhong)(zhong)，氫(qing)氰(qing)(qing)酸可以(yi)跟隨(sui)煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣進入高(gao)爐煤(mei)(mei)(mei)(mei)氣使用的(de)(de)各(ge)個環節。

2、高爐煤氣有害成分凈化技術現狀

2.1高爐煤氣精脫硫

近年來，隨著環(huan)保(bao)要求(qiu)的(de)日(ri)益嚴(yan)(yan)格，2019年生(sheng)態環(huan)保(bao)部(bu)(bu)等五部(bu)(bu)委聯合發布了《關(guan)于推進實施鋼鐵行業超低排(pai)放(fang)的(de)意見(jian)》(以(yi)下簡稱《意見(jian)》)，《意見(jian)》中對鋼鐵生(sheng)產各(ge)個環(huan)節的(de)二(er)氧化(hua)硫排(pai)放(fang)質量濃度做了更(geng)加(jia)嚴(yan)(yan)苛的(de)要求(qiu)，最低排(pai)放(fang)值達到30mg/m3，現有末(mo)端治理的(de)脫(tuo)硫方式很難(nan)達到《意見(jian)》要求(qiu)或者需(xu)要很高(gao)的(de)運行成本。同時，為了減(jian)少煤氣中有害成分對管道的(de)腐蝕(shi)，對鋼廠硫化(hua)物的(de)治理重心逐(zhu)漸(jian)從末(mo)端轉移到源(yuan)頭上來，高(gao)爐(lu)煤氣硫的(de)賦存(cun)形式與(yu)源(yuan)頭治理手段也逐(zhu)漸(jian)引起重視。針對高(gao)爐(lu)煤氣的(de)源(yuan)頭脫(tuo)硫處理工(gong)藝技(ji)術可(ke)以(yi)借鑒使用的(de)有很多(表3)，也各(ge)有優缺點[17,21]

目(mu)前，國內已有(you)華菱衡(heng)鋼和(he)(he)山西(xi)晉(jin)南鋼鐵2家(jia)企業(ye)投資建(jian)設了高爐煤(mei)氣(qi)前端的(de)(de)(de)精(jing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)項目(mu)，其中針對有(you)機硫(liu)轉化2家(jia)采(cai)取(qu)的(de)(de)(de)工(gong)藝都是水解方式,水解后(hou)的(de)(de)(de)無(wu)機硫(liu)的(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)除分別(bie)采(cai)取(qu)的(de)(de)(de)吸(xi)附和(he)(he)堿(jian)液中和(he)(he)的(de)(de)(de)方式。從運行(xing)效果來看(kan)，吸(xi)附法總(zong)硫(liu)可(ke)以(yi)脫(tuo)(tuo)除至1× 10-6以(yi)下，堿(jian)液中和(he)(he)的(de)(de)(de)方式目(mu)前精(jing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)后(hou)的(de)(de)(de)熱(re)用(yong)戶排(pai)放(fang)質量濃度在30mg/m3以(yi)下，符合《意見》中超低(di)排(pai)放(fang)的(de)(de)(de)標準。總(zong)得來看(kan)高爐煤(mei)氣(qi)前段(duan)精(jing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)技(ji)術(shu)還處于起(qi)步(bu)階段(duan)，不同技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)適(shi)(shi)應(ying)性還需(xu)要(yao)(yao)在實踐中進一步(bu)驗證和(he)(he)改進。由于高爐煤(mei)氣(qi)氣(qi)量大，硫(liu)成分復(fu)雜(za)、含量較低(di)，這對煤(mei)氣(qi)精(jing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)適(shi)(shi)應(ying)性和(he)(he)運行(xing)成本提出了很高的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求。隨著環保要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)日趨嚴(yan)格，高爐煤(mei)氣(qi)精(jing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)將是今后(hou)研究的(de)(de)(de)一個重要(yao)(yao)方向。

2.2高爐煤氣除酸

近幾年，由于高爐煤(mei)(mei)氣干(gan)法除(chu)塵(chen)工藝(yi)的技術普及(ji)，主要以酸(suan)(suan)(suan)(suan)性(xing)氣體(ti)的形式(shi)存(cun)在的氯、氰、氟在煤(mei)(mei)氣除(chu)塵(chen)后幾乎全部保留(liu)在煤(mei)(mei)氣中。在煤(mei)(mei)氣輸送與使用(yong)過程中，酸(suan)(suan)(suan)(suan)性(xing)氣體(ti)與冷凝的水蒸氣形成酸(suan)(suan)(suan)(suan)液對(dui)管(guan)道(dao)造成腐蝕。為了防止酸(suan)(suan)(suan)(suan)性(xing)氣體(ti)對(dui)煤(mei)(mei)氣管(guan)道(dao)和下游(you)用(yong)戶設備的腐蝕，一般在布袋除(chu)塵(chen)灰后增加除(chu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)裝置。目(mu)前，針對(dui)高爐煤(mei)(mei)氣除(chu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的技術主要有2種，濕法除(chu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和干(gan)法除(chu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)[22-25]，2種工藝(yi)各有優(you)勢也各有不足(zu)，其技術特點如表4所示。

由(you)于(yu)高爐煤(mei)氣(qi)(qi)中的(de)(de)酸(suan)性氣(qi)(qi)體主要(yao)(yao)(yao)以氯化(hua)氫(qing)為主，包含硫化(hua)物(wu)，氟(fu)化(hua)氫(qing)和(he)氫(qing)化(hua)氰含量較低，如(ru)氟(fu)化(hua)氫(qing)，即使(shi)在高氟(fu)含量的(de)(de)鐵礦石(shi)中，高爐煤(mei)氣(qi)(qi)中的(de)(de)體積分(fen)數也(ye)只有(6～14)×10-6[15]，因此(ci)利用鹵族元素酸(suan)性氣(qi)(qi)體在水中良好(hao)(hao)的(de)(de)溶解性能(neng)，通過添加(jia)一定堿液可以達(da)到(dao)很好(hao)(hao)的(de)(de)除酸(suan)效果。濕(shi)法除酸(suan)廢液需(xu)要(yao)(yao)(yao)進一步(bu)處(chu)理(li)，尤其(qi)是(shi)其(qi)中所含的(de)(de)氰化(hua)物(wu)和(he)酸(suan)根離子，需(xu)要(yao)(yao)(yao)處(chu)理(li)到(dao)環保要(yao)(yao)(yao)求范圍達(da)標排放。由(you)于(yu)濕(shi)法除酸(suan)需(xu)要(yao)(yao)(yao)消耗大(da)量的(de)(de)水分(fen)，同時(shi)也(ye)將煤(mei)氣(qi)(qi)降(jiang)溫損失了煤(mei)氣(qi)(qi)的(de)(de)熱量。

干(gan)法除(chu)(chu)(chu)酸是(shi)為了克服濕(shi)法除(chu)(chu)(chu)酸的(de)缺點發(fa)(fa)展起來的(de)，目前針對煤氣中的(de)氯(lv)、硫、氨(an)等都開發(fa)(fa)了復合或對應的(de)除(chu)(chu)(chu)酸劑(ji)[26]，尤(you)其是(shi)對氯(lv)化(hua)氫的(de)脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)劑(ji)開發(fa)(fa)的(de)較(jiao)多。由于脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)劑(ji)中主要成分是(shi)堿，因此在脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)氯(lv)化(hua)氫的(de)同時(shi)對其他酸性氣體也(ye)有脫(tuo)除(chu)(chu)(chu)作用，但(dan)是(shi)針對性研究不多。另外，在干(gan)法除(chu)(chu)(chu)酸劑(ji)使用一(yi)段(duan)時(shi)間后(hou)也(ye)面臨更換或者再生問題，其使用成本(ben)上還要進一(yi)步降低，再生過程(cheng)中產生的(de)廢酸液也(ye)需要嚴格的(de)無害(hai)化(hua)處理。

高爐煤(mei)氣(qi)的(de)(de)精脫硫(liu)與除酸(suan)都是煤(mei)氣(qi)凈(jing)(jing)化的(de)(de)重(zhong)要手(shou)段(duan)，是保(bao)障管道、設備(bei)的(de)(de)使用壽命，減少煤(mei)氣(qi)燃燒過程中的(de)(de)大氣(qi)污染物(wu)排放的(de)(de)有效措施，未來要考(kao)慮煤(mei)氣(qi)中的(de)(de)硫(liu)、酸(suan)等有害氣(qi)體成分的(de)(de)協同治理，以最小的(de)(de)代價實現煤(mei)氣(qi)凈(jing)(jing)化的(de)(de)目的(de)(de)。

3、高爐煤氣提質利用技術現狀

3.1高爐煤氣CO2分離與利用

高(gao)爐(lu)煤氣(qi)是(shi)長流程鋼(gang)鐵冶(ye)煉(lian)過(guo)程中CO2排(pai)放的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)源頭。由于原料結構、配套(tao)設(she)備和產品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同，不(bu)同企業的(de)(de)(de)(de)(de)噸(dun)鋼(gang)CO2排(pai)放量(liang)也不(bu)一(yi)樣，當(dang)前(qian)國內鋼(gang)鐵生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)(de)噸(dun)鋼(gang)CO2排(pai)放一(yi)般在(zai)2t左右[27]。將高(gao)爐(lu)煤氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)CO2進行分離可(ke)以提高(gao)高(gao)爐(lu)煤氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)熱值，增加其品(pin)質、利用(yong)(yong)效(xiao)率，拓展應(ying)用(yong)(yong)途徑(jing)。針(zhen)對高(gao)爐(lu)煤氣(qi)中CO2的(de)(de)(de)(de)(de)分離技(ji)術有(you)很(hen)多，包括低(di)溫蒸(zheng)餾法(fa)(fa)、吸(xi)(xi)附法(fa)(fa)、膜分離法(fa)(fa)和電化學法(fa)(fa)等。目前(qian)，世界(jie)上主(zhu)要鋼(gang)鐵企業研究較多的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)變壓吸(xi)(xi)附法(fa)(fa)和電化學法(fa)(fa)，關注的(de)(de)(de)(de)(de)重點(dian)是(shi)設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)投資與分離的(de)(de)(de)(de)(de)運行成本[28]。對于分離出的(de)(de)(de)(de)(de)CO2，目前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)方(fang)向有(you)2大(da)途徑(jing)：一(yi)是(shi)捕獲與封存(CCS,Carbon CaptureandStorage);另外(wai)一(yi)個(ge)方(fang)向是(shi)捕獲與利用(yong)(yong)(CCU,CarbonCaptureand Utilization)。

CCS技術(shu)(shu)只是將(jiang)CO2進(jin)行(xing)封(feng)存，減少了排放到(dao)大(da)(da)(da)氣中的(de)(de)(de)(de)量，是目前大(da)(da)(da)規(gui)模CO2減排的(de)(de)(de)(de)主要(yao)研(yan)究方向(xiang)。CCU技術(shu)(shu)是最近幾年(nian)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)熱點，也(ye)取得(de)了一(yi)定的(de)(de)(de)(de)進(jin)展。CCU的(de)(de)(de)(de)方向(xiang)又可以(yi)分為(wei)2大(da)(da)(da)類(lei)，一(yi)類(lei)是利用co2的(de)(de)(de)(de)惰性(xing)(xing)氣體的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)質將(jiang)其(qi)用于鋼(gang)(gang)廠(chang)內部(bu)生產環(huan)節的(de)(de)(de)(de)吹掃(sao)或者(zhe)保護氣;另一(yi)類(lei)用于食(shi)品工(gong)(gong)業、煉鋼(gang)(gang)或者(zhe)化(hua)工(gong)(gong)生產原(yuan)料，尤其(qi)是化(hua)工(gong)(gong)方向(xiang)上將(jiang)CO2通(tong)過還原(yuan)、電化(hua)學或生物(wu)(wu)轉化(hua)的(de)(de)(de)(de)方式制成CO氣體使用或者(zhe)直接合成醇和碳氫(qing)化(hua)合物(wu)(wu)，這一(yi)方向(xiang)是減少碳排放的(de)(de)(de)(de)有效手段，技術(shu)(shu)上也(ye)取得(de)了很大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)進(jin)展[29-33]。

由于CO2是(shi)碳的(de)(de)完全氧化(hua)產(chan)物(wu)(wu)，在熱力學(xue)上非常(chang)穩定(ding)，將其(qi)轉化(hua)為醇類或(huo)碳氫(qing)化(hua)合(he)物(wu)(wu)首先要考(kao)(kao)慮的(de)(de)是(shi)采取何種(zhong)還(huan)(huan)原(yuan)劑(ji)還(huan)(huan)原(yuan)，其(qi)次是(shi)合(he)成產(chan)物(wu)(wu)中的(de)(de)氫(qing)的(de)(de)來(lai)源(yuan)(yuan)。氫(qing)原(yuan)子可以來(lai)自水，也可以來(lai)自氫(qing)還(huan)(huan)原(yuan)劑(ji)本身。對于鋼鐵聯合(he)企(qi)業，可以考(kao)(kao)慮利(li)(li)用焦爐煤氣(qi)中豐(feng)富的(de)(de)氫(qing)作(zuo)為還(huan)(huan)原(yuan)劑(ji)和產(chan)物(wu)(wu)的(de)(de)化(hua)學(xue)成分與高(gao)爐煤氣(qi)分離出(chu)的(de)(de)CO2合(he)成，未(wei)來(lai)可以與零碳排放(fang)制氫(qing)相結合(he)[34-35]。CO2的(de)(de)資源(yuan)(yuan)化(hua)利(li)(li)用意義深遠，既可以提(ti)供醇類能(neng)源(yuan)(yuan)、化(hua)工產(chan)品，又能(neng)有效緩解溫(wen)室氣(qi)體效應。當前(qian)面(mian)臨的(de)(de)主要技術問題(ti)是(shi)廉價高(gao)效的(de)(de)催化(hua)劑(ji)與轉化(hua)過程的(de)(de)能(neng)源(yuan)(yuan)利(li)(li)用問題(ti)[36-38]。

3.2高爐煤氣CO分離與利用

高(gao)(gao)(gao)爐(lu)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)對(dui)廉價，所含CO的(de)(de)(de)總(zong)量(liang)大，CO是重要的(de)(de)(de)碳一化工(gong)原(yuan)料，可以合(he)成(cheng)眾多(duo)化工(gong)產品。但(dan)CO作為化工(gong)原(yuan)料對(dui)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)純度(du)要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，以往工(gong)業尾氣(qi)(qi)(qi)(qi)中由(you)于CO含量(liang)較(jiao)低，分離(li)提純技(ji)術難度(du)大，成(cheng)本高(gao)(gao)(gao)，并未得到廣泛應用。從高(gao)(gao)(gao)爐(lu)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)中分離(li)提純CO作為化工(gong)原(yuan)料，主要面臨(lin)的(de)(de)(de)問題是與(yu)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)N2分離(li)，高(gao)(gao)(gao)爐(lu)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)中N2體(ti)積分數超過55%，由(you)于CO與(yu)N2的(de)(de)(de)分子(zi)(zi)量(liang)相(xiang)同(tong)都(dou)是28，2種氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)沸點(dian)、分子(zi)(zi)直徑和四極(ji)距都(dou)非常(chang)(chang)接近，因此采取常(chang)(chang)用的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)分離(li)手段如(ru)變壓吸附(fu)法、膜(mo)分離(li)法、深(shen)冷法、傳統分子(zi)(zi)篩(shai)分離(li)法都(dou)難以從高(gao)(gao)(gao)爐(lu)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)中將兩者很好(hao)地分離(li)[39]。

高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)利(li)(li)用(yong)(yong)CO作為化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)實質是(shi)從(cong)CO2、N2為主的(de)(de)(de)(de)(de)混合氣(qi)(qi)(qi)體中(zhong)(zhong)分離(li)提 純(chun)，因此可(ke)(ke)以采取2種或幾(ji)種氣(qi)(qi)(qi)體分離(li)手段(duan)聯(lian)合的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式，而高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)產(chan)(chan)生(sheng)時本身帶有(you)一(yi)定壓(ya)力(li)，可(ke)(ke)以充分利(li)(li)用(yong)(yong)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)頂煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)進行初級分離(li)。目(mu)(mu)前(qian)(qian)，分離(li)提純(chun)技術已(yi)經(jing)取得了(le)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)突(tu)破(po)[40-43]。國(guo)內(nei)(nei)煉(lian)鐵(tie)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)一(yi)般在(zai)建(jian)造時都配套建(jian) 設了(le)TRT發電(dian)裝(zhuang)置，沒有(you)余(yu)壓(ya)可(ke)(ke)用(yong)(yong)。而用(yong)(yong)于“短流(liu)程(cheng)”鑄造生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)由于容積較小，一(yi)般都沒有(you)建(jian)設TRT發電(dian)裝(zhuang)置[44]，同時其(qi)副(fu)(fu)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)CO含量較高(gao)(gao)(gao)(gao)，且流(liu)程(cheng)短除自身熱風爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)使(shi)用(yong)(yong)外一(yi)般沒有(you)下游加熱需求，易于開(kai)展(zhan)鋼(gang)化(hua)聯(lian)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)點(dian)推廣。2018年中(zhong)(zhong)國(guo)鐵(tie)產(chan)(chan)量達到7.71億t[2]，按噸鐵(tie)副(fu)(fu)產(chan)(chan)1600m3高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)計(ji)算，副(fu)(fu)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)總量超過(guo)(guo)1.2萬億m3，考慮到高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)生(sheng)產(chan)(chan)自身熱風爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)，理論上可(ke)(ke)以外供的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)量超過(guo)(guo)8600億m3，其(qi)中(zhong)(zhong)所含的(de)(de)(de)(de)(de)CO約2.6億t。目(mu)(mu)前(qian)(qian)國(guo)內(nei)(nei)已(yi)有(you)鋼(gang)鐵(tie)企業(ye)利(li)(li)用(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)提取CO制備甲醇(chun)，由于中(zhong)(zhong)國(guo)煤(mei)(mei)(mei)制甲醇(chun)產(chan)(chan)能過(guo)(guo)剩[45-46]，不宜盲目(mu)(mu)繼(ji)續擴大(da)(da)產(chan)(chan)能。高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)豐富的(de)(de)(de)(de)(de)CO資源未來利(li)(li)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)向(xiang)應(ying)考慮替代依賴(lai)原(yuan)油或大(da)(da)量消耗煤(mei)(mei)(mei)炭(tan)來制備的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品，中(zhong)(zhong)國(guo)能源的(de)(de)(de)(de)(de)儲(chu)量現狀是(shi)煤(mei)(mei)(mei)炭(tan)資源豐富、油氣(qi)(qi)(qi)資源相對不足(zu)，尤其(qi)是(shi)原(yuan)油，目(mu)(mu)前(qian)(qian)嚴重依賴(lai)進口[2]。利(li)(li)用(yong)(yong)煉(lian)鐵(tie)過(guo)(guo)程(cheng)副(fu)(fu)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)分離(li)提純(chun)CO作為主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)生(sheng)產(chan)(chan)原(yuan)料(liao)，結合氫等(deng)其(qi)他化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)，制備烯烴、乙二醇(chun)等(deng)目(mu)(mu)前(qian)(qian)國(guo)內(nei)(nei)仍大(da)(da)量進口的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品，可(ke)(ke)以減少原(yuan)油和煤(mei)(mei)(mei)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)接消耗，是(shi)符合中(zhong)(zhong)國(guo)能源結構(gou)(gou)與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)業(ye)結構(gou)(gou)現狀的(de)(de)(de)(de)(de)重要(yao)方(fang)(fang)向(xiang)。

4、結論

(1)高(gao)爐(lu)煤氣(qi)是高(gao)爐(lu)煉鐵過程中(zhong)副(fu)產的(de)(de)一(yi)種(zhong)重要的(de)(de)二次能 源(yuan)，其熱值相(xiang)對較(jiao)低、含(han)有(you)(you)多種(zhong)有(you)(you)害(hai)成(cheng)分(fen)，如(ru)硫(liu)、氯、氟(fu)、氰等有(you)(you)害(hai)元(yuan)素。詳細分(fen)析了各種(zhong)有(you)(you)害(hai)成(cheng)分(fen)的(de)(de)來(lai)源(yuan)與生(sheng)成(cheng)原(yuan)理，為(wei)高(gao)爐(lu)煤氣(qi)的(de)(de)有(you)(you)害(hai)氣(qi)體(ti)成(cheng)分(fen)的(de)(de)源(yuan)頭(tou)治理提供了借鑒(jian)和參考。

(2)隨著高(gao)爐干(gan)法(fa)除塵(chen)灰技(ji)術(shu)(shu)的(de)普(pu)及和環保標(biao)準的(de)提高(gao)，針對鋼廠排放大氣(qi)污染物(wu)的(de)治理(li)重點逐漸從(cong)末端治理(li)轉移到前段(duan)處理(li)，高(gao)爐煤氣(qi)的(de)精脫硫與除酸工(gong)藝技(ji)術(shu)(shu)引起(qi)廣泛重視，煤氣(qi)的(de)多(duo)種有(you)害成分協同凈化技(ji)術(shu)(shu)是(shi)未來發展(zhan)的(de)主要方向。

(3)從高(gao)爐煤(mei)氣中分離CO2和CO并用于高(gao)附(fu)加值(zhi)化(hua)工產(chan)品生(sheng)產(chan)的鋼(gang)(gang)化(hua)聯產(chan)工藝技術目前已經取得了很大(da)的進 步，對(dui)(dui)減少(shao)鋼(gang)(gang)鐵生(sheng)產(chan)CO2排(pai)放，彌 補中國油(you)氣資源相對(dui)(dui)不足的能源結構具有(you)重要意義(yi)。

鋼化(hua)(hua)聯(lian)產是中國高爐(lu)煤(mei)氣高效(xiao)環保利用的重要(yao)方向，高爐(lu)煤(mei)氣凈化(hua)(hua)是其提質利用的必要(yao)步驟，可以(yi)首先(xian)從“短流(liu)程”鑄造工藝(yi)的小高爐(lu)上示范、推廣(guang)。

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