高爐煤氣是高爐煉鐵生產過程中副產的重要二次能源。隨著環保要求的日益嚴苛和相關資源化利用技術的進步，高爐煤氣的利用方式也在不斷發生變化。文中從高爐煤氣的副產與利用現狀出發，詳細分析了煤氣中的各種有害氣體的來源與產生途徑，梳理比較了高爐煤氣精脫硫與除酸工藝技術路線，總結了高爐煤氣CO2捕獲封存與利用的技術發展方向以及高爐煤氣分離提純CO作為化工生產原料的技術現狀與發展趨勢。結合分析結果，提出了高爐煤氣多種有害成分協同治理，分離提取有價成分作為化工生產原料是符合中國能源結構和工業現狀的發展道路。
2018年中國粗鋼產量超過9.28億t，約占世界總產量的51.3%，自1996年鋼產量超過1億t，已經連續23年居世界位。鋼鐵生產在保障國民經濟發展的同時也帶來了大量的固體和氣體污染物排放。中國鋼鐵生產主要以高爐-轉爐長流程工藝為主，長流程鋼鐵生產高爐煉鐵環節是以鐵礦石、焦炭和煤炭為主要原料，在生產出鐵水的同時副產高爐渣和高爐煤氣。
高爐煤氣是高爐煉鐵過程中副產的可燃性氣體，是一種重要的二次能源。由于熱值低、有害成分高，除自身熱風爐加熱使用外，富余高爐煤氣的利用經歷了從初的直接放散掉，逐步發展為后續加熱爐提供能量，燃燒發電。隨著環保要求的日益嚴格，對煤氣燃燒后的排放標準要求越來越高，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出來，本文對高爐煤氣凈化提質利用技術的現狀進行了分析總結，并提出了符合中國能源結構和工業現狀的發展方向，為今后鋼鐵生產的節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高爐煤氣的產生與應用
高爐煤氣副產量一般為高爐鼓風量的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，其產品用于煉鋼并進行深加工生產鋼材;另一種是小型高爐，主要用于“短流程”鑄造工藝生產鑄造生鐵。鑄造生鐵中硅、碳含量高于煉鋼生鐵，在冶煉過程中單位產品消耗的焦炭量比煉鋼生鐵要大，因此副產的高爐煤氣的CO含量相對高一些，熱值較高。另外利用高爐生產硅鐵、錳鐵等產品，由于需要的還原溫度較高，生產過程副產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，還與高爐的熱風溫度、富氧情況、高爐操作情況等諸多因素有關。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?，F階段高爐煤氣一般30%以上的用于自身的熱風爐加熱，很多鋼鐵企業采用汽動鼓風方式，汽動鼓風消耗高爐副產煤氣約占25%。其余高爐煤氣單獨或者與鋼廠其他副產煤氣混合供給到企業各個工序環節的加熱爐、均熱爐、熱處理爐等使用或者用于燒結點火，不同的企業使用情況不一樣，目前鋼鐵企業高爐煤氣保證生產加熱需求后的富余煤氣一般用于燃燒發電。
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過復雜的化學反應后以不同的化學物成分進入到高爐煤氣中。不同的有害元素含量不同，對設備和大氣的影響也不一樣。隨著環保要求的不斷提高，對高爐煤氣中的有害成分關注越來越多。
高爐煤氣中的硫可分為有機硫和無機硫2大類。有機硫主要成分有：羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)、甲硫醇(CH4S)、乙硫醇(C2H6S)、噻吩(C4H4S)等;無機硫主要成分有：硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)等。由于現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氯以及所含灰分中的無機氯;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礦噴灑的氯化鈣等，目前國內煉鐵燒結礦噴灑氯化鈣已經很少。不同的氯化合物在高爐內高溫、煤氣和氫氣的還原氣氛中反應，終超過80%以氯化氫HCl的方式進入到高爐煤氣中。氟與氯的性質類似，在煤、焦炭、鐵礦石等爐料中都可以檢測出氟的存在，中國煤炭中氟質量比為17～1100mg/kg，平均質量比為208mg/kg。
煤中的氟含量與灰分含量成正比關系，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出來，極少量的氟以氟化氫(HF)和四氟化硅(SiF4)的形式隨爐內上升氣流進入到高爐煤氣中，大部分以氟化鈉(NaF)、氟化鈣(CaF2)粉塵的形式在高爐內循環，終以爐渣形式排出爐外。