榆林兰炭简介

高能低耗 清洁环保

榆林兰炭简介

第一部分 发展历程

兰炭，学名半焦，是无黏性或弱黏性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品。2008年,被工信部列入国家产业政策目录焦炭序列。2010年,国家质检总局与国家标准委联合发布兰炭国标--《兰炭用煤技术条件》、《兰炭产品技术条件》、《兰炭产品品种及等级划分》3个标准。

陕西省榆林市神木县是兰炭的发源地，上世纪八十年代，神木群众将当地优质侏罗纪煤明火堆烧过烟后用水熄灭，把这种产品供给铁合金、电石企业应用，产品沿用俗语称为“兰炭”。随着工艺技术的不断提升，兰炭生产历经土法堆烧，小机焦炉到单炉5万吨、7.5万吨、10万吨总规模60万吨及以上大型兰炭生产工艺技术，逐步走上了循环综合利用的现代化、科学化、规范化发展轨道。

2009年，神木县委托中钢鞍山热能研究院开展了“用神木兰炭沫进行高炉喷吹应用试验”，试验在中钢鞍山炼铁总厂3200立方米高炉进行，通过配比5%、10%、15%、喷吹兰炭沫的方法均取得成功，试验认为神木兰炭具有特低灰、特低硫、特低磷、可磨性适宜、爆炸性低、反应性高等突出特点，完全能满足高炉

喷吹用煤技术要求，是一种非常理想的高炉喷吹原料。2010年，中钢鞍山热能研究院开展了“神木兰炭沫作为含碳球团还原剂试验”、“神木兰炭沫作为铁矿烧结燃料试验”，试验表明，用神木兰炭粉作为含碳球团还原剂气化性优于焦粉和无烟煤粉，由原来两步还原转变为一步还原，缩短了还原时间，提高了含碳球团的生产率，神木兰炭良好的燃烧性和高挥发性完全可以代替焦粉或无烟煤作烧结燃料生产高碱度烧结矿。2010年，南京炼铁总厂曾在高炉炼铁中做过添加适量兰炭进行炼铁的试验，试验认为，兰炭高固定碳、低有害金属元素对于炼铁可有效降低成本。2011年，神木县委托鞍山热能研究院进行了“神木兰炭替代小块冶金焦用于高炉炼铁试验”，试验认为是可行的，并在河北敬业集团第一炼铁厂580立方米高炉上试用了3000吨兰炭，使用效果良好，该厂计划将大量应用。

经过多次试验应用，神木兰炭的生产工艺、技术标准、成果应用逐渐成熟可行，兰炭第一个地方标准--陕西省地方标准〃兰炭（DB61/362008）及兰炭国标（GB/T 25210～12-2010），都是依据神木兰炭质量指标为基础制定。2012年5月，国家工商总局为神木县颁发了“神木兰炭”国家地理标志证明商标，这是我国第二个以一次性能源产品注册成功的地理商标。

第二部分 发展现状

榆林兰炭产业兴起于上世纪八十年代中后期，是依托煤炭资源优势迅速成长起来的新兴产业，与煤炭载能、电力、冶金等产

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业都有着紧密的依存关系。榆林兰炭产业主要分布在神木、府谷、榆阳、横山等县（区）,现已发展成为承接原煤输出和载能工业的中间特色优势产业，有力地带动了交通运输业、服务业等第三产业发展。目前，全市共规划建设兰炭企业93户，设计总规模为7413万吨，已建成兰炭企业65户，形成产能 4589 万吨，围绕兰炭生产、加工、转化、运输、销售等环节的从业人员超过3万人，兰炭产业的工业产值达到100亿元以上，兰炭产业已成为地方工业经济发展的重要组成部分。

经过二十多年的发展，榆林兰炭产业已成为陕西省最大的煤化工产业，市内建成国内规模最大、技术领先的煤炭热解产业集群，特别是中低温煤焦油加氢项目已率先步入工业化进程，被誉为“榆林版煤制油”，实现了固态能源再向固态、液态、气态三种能源的高效转化，走出了一条优于煤液化、煤气化的新型煤化工路线。当前，榆林已形成了以原煤—发电、原煤—兰炭—电石或铁合金、原煤—兰炭—煤焦油—清洁燃料油、原煤（天然气）—甲醇—醋酸、原盐—烧碱、聚氯乙烯等循环型产业链。

第三部分 发展优势

一、原料供应充足

榆林煤炭资源富集，预测储量2800亿吨，探明储量1460亿吨，占全省已探明储量的86%，占全国已探明储量的10.8%。其中侏罗纪煤占全市煤炭资源量的95%，其煤质优良、洁净环保，属不粘、弱粘长焰烟煤，具有特低灰、特低硫、特低磷、中高发

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热量的特点，是闻名世界的“榆林煤”主打产品，也是生产兰炭的最佳煤种。榆林是全国第二产煤大市，国家规划的13个亿吨级煤炭基地市内有两个，2013年煤炭产量达3.4亿吨。侏罗纪不粘煤、弱粘煤和长焰煤具有煤化程序低、挥发分高、燃占低和焦油产率高等特点，是生产兰炭的最优质原料，丰富、环保、优质的煤炭资源是榆林发展兰炭产业最稳定、最大的优势。

二、技术成熟可行

榆林是兰炭产业的发源地，中科院、煤科总院、鞍山热能研究院、西南化工院、西安冶金设计院、大连理工大学、上海圣邦等科研院所单位，都分别在榆林开展了兰炭及相关产业研究合作项目。目前，国内成熟的兰炭生产工艺，都是在榆林研发成功并逐步推广，兰炭准入标准也是依托榆林兰炭成果制定。经过多年发展，榆林也培养出了一大批兰炭生产、建设、管理人才队伍。榆林市神木县三江公司，已拥有24项国家专利，先后为哈萨克斯坦、不丹等国家建设大型兰炭生产线提供技术指导和建设服务。神木恒源煤化公司小粒煤干馏、蒸汽熄焦等技术取得国家专利，领先国内行业领域。榆林兰炭已初步形成以创新兰炭生产技术为主线延长产业链条，以研发兰炭应用技术为手段拓展应用市场，产学研集合的技术创新发展模式，为今后兰炭产业发展奠定了坚实可靠的技术支撑。

三、交通四通八达

榆林地处陕甘蒙宁晋五省区交界处，区位优势明显，是东西

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部产业、金融、物流链接的咽喉要地。市内外交通便捷，包（头）茂（名）高速公路直通南北，榆（林）—神（木）—府（谷）—佳（县）—绥（德）高速公路横贯东西南北，一级、二级公路遍布城乡，道路内网成环，外网成链；西（安）包（头）铁路、神（木）朔（州）铁路、太（原）中（卫）银（川）铁路链接东西南北；西部最繁忙的支线机场和陕西第二大航空港的榆阳机场已开通北京、上海、广州、西安等20多条航线，年旅客吞吐量超120万人次。榆林规划建设的23个兰炭工业园区道路基础设施、三产服务业日臻完善。神木兰炭集团和中铁西安铁路局正在依托西包铁路和神木兰炭园区，建设国内最大最先进的兰炭物流园，逐步发展兰炭网上电子交易、期货交易等，全面提升榆林兰炭的市场化水平。

第四部分 质量指标

榆林兰炭产业依附于优质环保洁净煤转化而来，具有低灰、低硫、低磷、低铝、高固定炭比、高化学活性和高比电阻的“三高四低”特性，主要指标为：

一、灰分（Ad，%）

灰分一般处于10%以下，兰炭灰分低的指标可减少在铁合金和电石生产中灰分对最终产品影响，提高产品品质，用于化工造气，可提高产气率、减少灰渣排放量，降低能耗。

二、全硫（St，d%）

全硫的含量基本处于0.3%以下，低硫含量可以保证在生产

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过程中降低有害成分对铁合金和电石产品的污染、减少冶炼过程对环境的污染，也可减少煤气的脱硫量，提高煤气品质、降低生产成本。

三、磷含量（Pd，%）

磷含量为0.005%以下，磷是铁合金冶炼过程中的有害元素，在铁合金生产中会凝固偏析，影响合金凝固过程，引起晶格开裂，影响力学性能和使用寿命，尤其对镍铁合金的使用，兰炭中低磷含量在合金的冶炼中起着非常关键的作用。

四、铝含量（Al，%）

铝含量一般小于2.0%，兰炭中含铝低可明显降低电炉冶炼时还原铝氧化物的高电耗，实现节电节能，从而降低冶炼成本，提高经济效益。

五、固定碳（FC，%）

固定碳含量一般大于80%，固定碳在冶炼过程中除了有提供热量的作用外，主要起着还原剂的作用。同时，还起着骨架的作用，可以增加料柱的透气性。其次，高含量的固定碳也可做增碳剂使用，兰炭作为增碳剂也是兰炭用途的一个方向。

六、比电阻（ρ）

兰炭的比电阻ρ>3500μΩM，较高的比电阻值可以提高电炉冶炼的效率，实现节电。我们国家铁合金80%用电炉，以硅铁为例，成本中70%为冶炼电耗。

七、化学活性

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兰炭结构疏松，孔隙结构发达，比表面积大，在生产中具有很好的化学反应活性。

第五部分 市场应用

榆林兰炭作为一种新型的炭素材料，经反复试验应用，可代替焦炭（冶金焦）而广泛用于化工、冶炼、造气等行业，在生产金属镁、铁合金、硅铁、硅锰、化肥、电石等高耗能产品过程中优于焦炭，在提高下游产品质量档次、节约能源、降低生产成本、增加产量等方面，具有更高的应用价值。同时，兰炭的副产品煤焦油除作为建筑陶瓷、燃油发动机的添加油外，还可经加工得到苯酚、甲酚、二甲酚和一系列沸点不同的高级酚类产品以及烷烃、芳烃等，煤气可用于发电、制取合成氨、甲醇等化工产品、工业煅烧用热源等。主要用途为：

一、冶金领域

榆林兰炭因其固定碳高、比电阻率高、化学活性高、灰分低、硫低、磷低、铝低“三高四低”的特点以及优于国家冶金焦、铸造焦多项标准和相对较低成本等多重优势，已逐步取代冶金焦而广泛应用于铁合金、硅铁、碳化硅等冶金领域，并在高炉喷吹、炼铁等领域具有替代冶金焦的巨大市场。

一是铁合金还原剂。榆林兰炭的低灰分、低铝、高铁和高钙特性对铁合金冶炼十分有利：铁、硅元素以及灰分中的钙都是生产电石的有用成分，其中高钙含量可显著提高产品质量、降低能耗；高电阻率（是冶金焦的一倍）、低铝特性可明显降低电炉冶

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炼时还原铝氧化物的高电耗；低硫、低磷可降低污染。与冶金焦相比，用榆林兰炭生产铁合金可降低电耗10%，生产硅铁合金每吨节电300kWh～500kWh，节焦70kg～90kg，提高单炉产量10%左右。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，兰炭已经成为铁合金生产的重要还原剂。

二是高炉喷吹用料。目前我国高炉喷吹用料主要有无烟煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤三种类型。无烟煤具有无爆炸性、置换比较高的优点，但反应性差，从而影响喷煤比的提高；高挥发分烟煤具有反应性高、燃烧性好的优点，但因挥发分高，爆炸性很强，不宜单独喷吹，且其置换比较低；贫煤和贫瘦煤反应性比无烟煤好，与高挥发分烟煤相比爆炸性要小得多，且置换比也比高挥发分烟煤高。兰炭替代无烟煤用于高炉喷吹在包钢、首钢、宝钢、酒钢等企业已进行了试验试点，1998年首钢利用神木县神通西部能源开发有限责任公司所产兰炭进行的高炉喷吹试验表明，从化学成分和燃烧性考虑，神木兰炭优于现用高炉煤粉，制备兰炭粉在技术上是可行的。神木富油公司联手多家钢铁企业开展为期两年多的半焦粉替代无烟煤进行高炉喷吹炼钢试验结果表明，半焦粉以15%-30%比例喷吹是完全可行的。从煤质分析的角度看，低温兰炭比原料煤的性能优越，更适合用作高炉喷吹：低温兰炭的可磨性一般为60左右，与原料煤差不多；原料煤的返回火焰长度为200mm，爆炸性强，而低温兰炭的返回火焰长度较小，只有微弱的爆炸性，低温兰炭的着火温度比原料煤高约30

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度，两者的化学反应性基本一样、燃烧性能差不多，因此低温兰炭完全可以作为一种较为合适的高炉喷吹用料。2011年神木县煤化工产业办和中钢集团鞍山热能院在鞍钢股份炼铁总厂进行的“3200m高炉喷吹神木半焦粉”现场试验（半焦粉占总用煤量15%）表明，中温兰炭粉的喷入对高炉顺行无不利影响，且有利于脱硫，半焦粉配比达到10%即可较使用无烟煤节约30%左右的成本。近年来，提高煤比、以低价煤代替昂贵的冶金焦，实现高煤比操作是高炉炼铁降本增效的有效手段。

同时，榆林兰炭还可作为铁矿烧结燃料、含碳球团还原剂和小块冶金焦。

二、化工领域

榆林兰炭在化工领域的应用主要集中在还原剂和气化合成气两大方面，目前国内主要将半焦作为还原剂生产电石，有少量半焦用于化肥造气。

一是电石还原剂。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。我国电石产能约占世界总产能的95%，随着电石产能、产量持续快速增长，使该领域消费的兰炭也呈快速增长趋势。

二是化肥造气原料。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。目前合成氨造气已成为榆林兰炭的重要消费领域之一，企业多集中在内蒙古、河北、山西、陕西和宁夏等兰炭生

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产区周边。

三是气化制合成气。榆林兰炭由于保留了煤的大部分性质，可作为一种洁净的气化原料。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，气化原料应是榆林低温兰炭市场拓展的主要方向，潜在市场巨大。

三、清洁燃料领域

一是民用清洁燃料。目前我国城镇居民年用煤量超过9000万吨，至少产生CO218000万吨、SO272万吨、NOx63万吨。随着雾霾治理力度的加大，国家将逐步禁止燃用烟煤。无烟煤虽适宜做民用燃料，但产量有限、价格偏高。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，各项指标均优于无烟煤，可替代中小城市及农村的民用无烟煤，特别是远离无烟煤的西南地区和兰炭生产企业周边地区，兰炭具备较强的市场竞争力。

二是电厂掺烧燃料。我国每年发电用煤量达到20亿吨，是造成空气污染的因素之一。兰炭末挥发分低，一般为5-7%，最高为10%，还具有低硫、低磷、硬度较高、粒径较小、发热量较高等特性。从有利于燃烧和环保出发，根据已有试验数据，燃用兰炭粉末采用循环流化床锅炉（CFB）完全可行。

四、型焦领域

型焦是预先将制焦原料进行成型，然后进行碳化或烧结形成

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的具有固定外形尺寸焦制品。早在1950年到1960年间，美国钢铁协会就开始研究利用褐煤热解半焦生产型焦的工艺。近10多年来，随着我国低阶煤中、低温热解产业的发展，国内开展了一系列的半焦生产型焦的研究试验。半焦粉如作为型焦的主要原料，在炼焦过程中不软化、几乎不产生胶质体，必须配入在高温下能软化熔融、将半焦颗粒粘结在一起的黏结剂或增黏剂等活性物才能炼成质量好的焦炭。

五、吸附剂领域

吸附剂是能从气体或液体中有效吸附其中某些成分的固体物质。吸附剂一般需有大的比表面、适宜的孔结构及表面结构，对吸附质有强烈的吸附能力，不与吸附质和介质发生化学反应。目前常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂（如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等）。近年来，随着半焦的快速发展，半焦基吸附剂已在国内外引起广泛关注并开展了一系列的研究，已有部分应用，也为兰炭的高值化利用开发了一个新的方向。

第六部分 前景展望

近两年来，我国中东部地区（尤其是北方燃煤地区）大范围出现了雾霾天气，严重影响了当地人民的生活和工作环境，甚至由此形成了一系列的“连锁反应”，在人民健康、生态环境、经济、交通等各方面均造成了一定的影响。关于雾霾天气的形成虽然有多种形成因子，但是在雾霾天气的成因中，原煤直接燃烧毫

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无争议的占据了一席之地。

兰炭是煤转换的产品，是无黏性或弱黏性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解，得到的低挥发分的固体炭质产品。煤在干馏过程中，大部分挥发分（主要包含有NOx和SOx）、硫、磷等杂原子和水分释放出来，兰炭作为一种环保燃料，各项指标均优于烟煤和无烟煤，榆林地区烟煤生产的兰炭具有很多优质特性，在作为炭质还原剂方面更是具有独特的性能，在铁合金、化肥、电石、高炉喷吹等行业得以广泛应用，也可用作煤制甲醇、煤制油、制水煤浆、制活性炭、制超纯煤等的原料，还能直接用于民用及工业燃用、气化，有良好的市场竞争力。兰炭在中低温干馏过程中挥发分的提前释放，燃用兰炭可以明显地减少有害物质的排放，提高空气质量，为治理雾霾天气做出有效的贡献。同时，榆林市将兰炭作为地方性标志产业进行精心打造，坚持产学研工科贸结合，努力建设全国一流的兰炭生产和技术研发基地。在做大铁合金、电石、化肥市场的同时，以其特有的品质，向钢铁冶炼应用拓展。兰炭高固定碳，在高炉内可作为热量、还原剂、渗碳剂等，替代焦炭节焦降耗，，兰炭特低灰、特低硫，在提高高炉产量、降低焦比、减少脱硫能耗等方面有良好的效果。兰炭的高反应性，对大块焦炭起到很好的保护作用，减少碳消耗，在提高高炉的透气性、铁矿石的还原率、高炉的生产能力方面也有积极作用。兰炭进入钢铁冶炼行业，对钢铁冶炼节焦降耗，提质增效，提升效益，以及缓解日益紧缺的焦煤资源都具有重要意义。

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