高炉煤气净化系统的应用

董晓春

山东省冶金设计院股份有限公司

山东省济南市  250000

摘要：本文首先阐述了高炉煤气有害成分净化技术现状，接着分析了高炉煤气提质利用技术现状，希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：高炉煤气净化系统；应用

引言：

高炉煤气是高炉炼铁过程中副产的可燃性气体，是一种重要的二次能源。由于热值低、有害成分高，除自身热风炉加热使用外，富余高炉煤气的利用经历了从最初的直接放散掉，逐步发展为后续加热炉提供能量，高效燃烧发电。随着环保要求的日益严格，对煤气燃烧后的排放标准要求越来越高，高炉煤气有效成分的提取与高附加值利用途径也不断开发出来。

1高炉煤气有害成分净化技术现状

1.1高炉煤气精脱硫

近年来随着环保要求的日益严格，2019年生态环保部等五部委联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（以下简称《意见》），《意见》中对钢铁生产各个环节的二氧化硫排放质量浓度做了更加严苛的要求，最低排放值达到30mg/m3，现有末端治理的脱硫方式很难达到《意见》要求或者需要很高的运行成本。同时为了减少煤气中有害成分对管道的腐蚀，对钢厂硫化物的治理重心逐渐从末端转移到源头上来，高炉煤气硫的赋存形式与源头治理手段也逐渐引起重视。针对高炉煤气的源头脱硫处理工艺技术可以借鉴使用的有很多（表3），也各有优缺点。目前国内已有华凌衡钢和山西晋南钢铁2家企业投资建设了高炉煤气前端的精脱硫项目，其中针对有机硫转化2家采取的工艺都是水解方式，水解后的无机硫的脱除分别采取的吸附和碱液中和的方式。从运行效果来看，吸附法总硫可以脱除至1×10－6以下，碱液中和的方式目前精脱硫后的热用户排放质量浓度在30mg/m3以下，符合《意见》中超低排放的标准。总得来看高炉煤气前段精脱硫技术还处于起步阶段，不同技术的适应性还需要在实践中进一步验证和改进。由于高炉煤气气量大，硫成分复杂、含量较低，这对煤气精脱硫的技术适应性和运行成本提出了很高的要求。随着环保要求的日趋严格，高炉煤气精脱硫将是今后研究的一个重要方向。

1.2高炉煤气除酸

近几年由于高炉煤气干法除尘工艺的技术的普及，主要以酸性气体的形式存在的氯、氰、氟在煤气除尘后几乎全部保留在煤气中，在煤气输送与使用过程中，酸性气体与冷凝的水蒸气形成酸液对管道造成腐蚀。为了防止酸性气体对煤气管道和下游用户设备的腐蚀，一般在布袋除尘灰后增加除酸装置，目前针对高炉煤气除算的技术主要有2种，湿法除酸和干法除酸。目前针对高炉煤气的除酸2种工艺各有优势也各有不足，由于高炉煤气中的酸性气体主要以氯化氢为主，包含硫化物，氟化氢和氢化氰含量较低，如氟化氢，即使在高氟含量的铁矿石中，高炉煤气中的体积分数也只有（6～14）×10－6。因此利用卤族元素酸性气体在水中良好的溶解性能，通过添加一定碱液可以达到很好的除酸效果。湿法除酸废液需要进一步处理，尤其是其中所含的氰化物和酸根离子，需要处理到环保要求范围达标排放。由于湿法除酸需要消耗大量的水分，同时也将煤气降温损失了煤气的热量。干法除酸是为了克服湿法除酸的缺点发展起来的，目前针对煤气中的氯、硫、氨等都开发了复合或对应的除酸剂，尤其是对氯化氢的脱除剂开发的较多。由于脱除剂中主要成分是碱，因此在脱除氯化氢的同时对其他酸性气体也有脱除作用，但是针对性研究不多。另外，在干法除酸剂使用一段时间后也面临更换或者再生问题，其使用成本上还要进一步降低，再生过程中产生的废酸液也需要严格的无害化处理。高炉煤气的精脱硫与除酸都是煤气净化的重要手段，是保障管道、设备的使用寿命，减少煤气燃烧过程中的大气污染物排放的有效措施，未来要考虑煤气中的硫、酸等有害气体成分的协同治理，以最小的代价实现煤气净化的目的。

2高炉煤气提质利用技术现状分析

2.1高炉煤气CO2分离与利用

高炉煤气是长流程钢铁冶炼过程中CO2排放的最大源头。由于原料结构、配套设备和产品的不同，不同企业的吨钢CO2排放量也不一样，当前国内钢铁生产的吨钢CO2排放一般在2t左右。将高炉煤气中的CO2进行分离可以提高高炉煤气的热值，增加其品质、利用效率，拓展应用途径。针对高炉煤气中CO2的分离技术有很多，包括低温蒸馏法、吸附法、膜分离法和电化学法等。目前世界上主要钢铁企业研究较多的是变压吸附法和电化学法，关注的重点是设备的投资与分离的运行成本。对于分离出的CO2，目前的应用方向有2大途径：一是捕获与封存；另外一个方向是捕获与利用。ＣＣＳ技术只是将CO2进行封存，减少了排放到大气中的量，是目前大规模CO2减排的主要研究方向。CCU技术是最近几年研究的热点也取得了一定的进展。CCU的方向又可以分为2大类，一类是利用CO2的惰性气体的性质将其用于钢厂内部生产环节的吹扫或者保护气；另一类用于食品工业、炼钢或者化工生产原料，尤其是化工方向上将CO2通过还原、电化学或生物转化的方式制成CO气体使用或者直接合成醇和碳氢化合物，这一方向是减少碳排放的有效手段，技术上也取得了很大的进展。由于CO2是碳的完全氧化产物，在热力学上非常稳定，将其转化为醇类或碳氢化合物首先要考虑的是采取何种还原剂还原，其次是合成产物中的氢的来源，氢原子可以来自水，也可以来自氢还原剂本身。对于钢铁联合企业，可以考虑利用焦炉煤气中丰富的氢作为还原剂和产物的化学成分与高炉煤气分离出的CO2合成，未来可以与零碳排放制氢相结合。CO2的资源化利用意义深远，既可以提供醇类能源、化工产品，又能有效缓解温室气体效应。当前面临的主要技术问题是廉价高效的催化剂与转化过程的能源利用问题。

2.2高炉煤气CO分离与利用

高炉煤气相对廉价，所含CO的总量大，CO是重要的碳一化工原料，可以合成众多化工产品。但CO作为化工原料对气体的纯度要求较高，以往工业尾气中由于CO含量较低，分离提纯技术难度大，成本高，并未得到广泛应用。从高炉煤气中分离提纯CO作为化工原料主要面临的问题是与煤气中的N2分离，高炉煤气中N2体积分数超过55%，由于CO与N2的分子量相同都是28，2种气体的沸点、分子直径和四极距都非常接近，因此采取常用的气体分离手段如变压吸附法、膜分离法、深冷法、传统分子筛分离法都难以从高炉煤气中将两者很好地分离。高炉煤气利用CO作为化工原料的实质是从CO2、N2为主的混合气体中分离提纯，因此可以采取2种或几种气体分离手段联合的方式，而高炉煤气产生时本身带有一定压力，可以充分利用炉顶煤气压力进行初级分离，目前分离提纯技术已经取得了一定的突破。国内炼铁生产的大高炉一般在建造时都配套建设了TRT发电装置，没有余压可用。而用于“短流程”铸造生产的高炉由于容积较小，一般都没有建设TRT发电装置，同时其副产的高炉煤气CO含量较高，且流程短除自身热风炉使用外一般没有下游加热需求，易于开展钢化联产的试点推广。

结束语：

高炉煤气净化系统过去采用湿法除尘，该方法虽然能达到一定的除尘效果，但存在水污染及煤气热值降低等问题。近年来随着高温滤料的问世和自动化控制技术的发展，为高炉煤气干法除尘控制技术开辟了新的途径。高炉煤气干法除生技术，不仅可以显著降低炼铁过程的水消耗，还可以提高二次能源的利用效率，减少环境污染，已经成为高炉炼铁技术的发展方向,属于冶金工业的绿色环保技术，在当今国内严峻的环保形势下,具有重要意义。

参考文献：

[1]高炉煤气净化提质利用技术现状及未来发展趋势[J].郭玉华.钢铁研究学报,2020(07)

[2]高炉煤气净化存在哪些较大危险因素[J].施倚.劳动保护,2018(11)

[3]自动控制技术在高炉煤气净化系统中的应用[J].王姗姗.河南冶金,2017(02)