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镁科研

兰炭——助推金属镁绿色生产的新型清洁燃料

发布时间：2023-02-20 作者：综合管理部





     
兰炭从本质上来说，是利用神府（神木+府谷）煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的，属于煤，且是清洁环保的无烟煤。从生产加工方面来说，兰炭属于一种焦化产品。作为一种新型的炭素材料，经反复试验应用，工业领域可代替焦炭（冶金焦）广泛用于化工、冶炼、造气等行业，在生产金属镁、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等产品过程中优于焦炭；民用领域针对北方冬季取暖散煤污染严重的问题，兰炭作为一种环保燃料，各项指标均优于烟煤和无烟煤，近几年津京冀、山东等地为减少燃煤对城市的污染，积极提倡使用兰炭，全国其他城市也在逐步推广中。           





兰炭产品的特点









煤热解技术的特点是可生成固、液和气三种形态产物，而不同煤种和工艺条件又决定了其产物质量及收率。当前，我国已实现工业化生产的煤热解炉型主要为：内热式直立炉（处理30～80mm块煤、单炉兰炭生产能力达30万t/a）、内热式小粒煤炉（处理6～30mm粒煤、单炉兰炭生产能力达20万t/a）、外热式回转炉（处理0～30mm混煤、单炉兰炭生产能力60万t/a）。

我国兰炭的主产区为陕西榆林和新疆哈密，其原料煤均为长焰煤，但因其特有煤质差异、热解工艺不同，导致兰炭产品质量有较大区别，具体见下表。

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榆林兰炭产品的主要特点为：①油、气综合收率较高，1t原煤经热解可以生成约0.6t兰炭，副产0.06t煤焦油、600m3煤气；

②兰炭产品质量优异，其块粒度较好、机械性能适宜、固定碳含量达80%以上，还原性能优越。榆林兰炭还具有高化学活性、特低灰、特低硫等特点，适宜铁合金、电石、化工等领域，可满足当前冶金工业生产工艺要求，现已出口俄罗斯、日本等国。

哈密兰炭产品的主要特点为：①油、气收率高，1t煤经热解可以生成约0.5t兰炭，副产0.1t煤焦油、900m3煤气；

②兰炭产品质量较差，其灰分较高、粉末率较高，≤6mm焦沫达70%以上，多作为动力煤燃烧，仅少量块兰炭与焦炭混配后，才可用于生产电石、铁合金等。

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兰炭的应用领域










一、清洁燃料

  • 民用燃料
兰炭只有原煤污染物含量的五分之一，特别是硫仅为原煤的十分之一，是适宜的民用清洁燃料，可替代中小城市及农村的民用无烟煤，现在津京冀河北、山东等地为减少燃煤对城市的污染，极力提倡使用兰炭，全国其他城市也在推广之中。
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  • 锅炉燃料
兰炭挥发分低，一般为5-7%，最高为10%，还具有低硫、低磷、发热量高等特性。从有利于燃烧和环保出发，根据已有试验数据，采用锅炉掺烧兰炭完全可行。
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二、化工

  • 电石还原剂

得益于低灰分、低铝、低磷、高电阻率，兰炭应用于电石行业，可显著降低能耗，降低成本，提高产品质量。

  • 化肥造气原料

低灰、低硫的兰炭用于化肥造气，可提高产气率，减少灰渣排放量，减少煤气的脱硫量，从而降低能耗、提高煤气品质。

  • 气化制合成气

与低阶烟煤直接气化相比，榆林兰炭气化降低了合成气中焦油含量，提高了有效气含量，减轻了气体净化单元的负担，物料不易黏结成块，兰炭作为气化原料潜在市场巨大。

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三、冶金

  • 铁合金还原剂

与冶金焦相比，用兰炭生产铁合金可降低电耗10%，每吨节电300度～500度，节焦70公斤～90公斤，单炉产量可提高10%以上。从上世纪90年代开始，铁合金生产基本采用兰炭和冶金焦混配作为还原剂。

  • 高炉喷吹用料

在包钢、首钢、宝钢、鞍钢等多家钢铁企业进行了兰炭替代无烟煤作高炉喷吹用料的试验。试验表明，兰炭优于现用高炉煤粉，制备兰炭粉在技术上可行，同时兰炭粉以15%-30%比例喷吹也可行。

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兰炭产业的危与机









我国兰炭产业经过近40年的发展，已经形成了相对完善的工业体系，“煤—兰炭—金属镁”一体化产业链助推榆林建成了世界最大的金属镁生产基地，但作为国家指定的新型清洁能源，其仍存在生产工艺低端、三废问题突出等困局。

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长期以来，由于兰炭生产粗放、装备严密性要求低，以大工匠为主的施工队伍即可满足工程建设需求。但随着国家对兰炭生产管理要求的不断提高，经验性施工则存在诸多弊端，比如施工误差大、生产检修率高、跑冒滴漏严重等问题，同时还有生产现场环境差，煤尘、VOCs排放大，环保设施不健全等问题。

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榆林兰炭问题分析

在新形势下，兰炭产业必须按照节能减排、绿色低碳的要求，从产业布局、项目配套、技术水平、安全环保等方面规范兰炭产业发展，对标整改、彻底解决。避免多数兰炭煤气仅用于燃烧发电、煅烧利用，造成优质资源被浪费，应重点发展以热解煤气深加工制氢能、氨燃料、循环利用CO2制绿色低碳甲醇、乙二醇等。以负碳、零碳为目标，提前布局粉焦还原CO2制一氧化碳及下游有机碳等技术示范。

持续深入开展煤热解基础理论、块煤热解技术研究，攻克以内热式直立炉均匀热传导为核心的多尺度热解研究、高兰炭品质为导向的煤热解技术研究等，为现有装置工业操作优化提供建议及理论基础。同时，大型国企应主动作为、发挥引领示范作用，从兰炭生产全系统物质流、能量流统筹考虑，开展短流程全兰炭废水处理技术示范，建设兰炭生产节能减排技术集成应用与示范项目。

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