漫说神木兰炭

贾建军

兰炭，也叫半焦，是弱粘或不粘煤在中低温条件下热解（干馏）析出煤焦油、煤气后得到的固体炭质产品，具有高固定碳、高比电阻、高化学反应活性和低灰、低硫、低磷、低铝（简称“三高四低”）以及燃烧污染物排放低等特性，广泛应用于电石、铁合金、高炉喷吹、高炉炼铁、铁矿烧结、活性炭、工业窑炉以及民用清洁燃料等领域。兰炭生产过程中副产液态煤焦油和气态高热值煤气，是能源化工领域的重要原燃料。

一、兰炭发展溯源

 （一）半焦。

19世纪初，英国人开始用低温干馏方法，以烟煤制取半焦做居民燃用。此后，1830年以后，开始用烟煤制取灯油石蜡等。1860年德国开始建立较大型的煤低温干馏工厂生产灯油、石蜡。19世纪后期，天然石油开采利用兴起，煤低温干馏热解工业衰退。但制取半焦工业仍在发展。20世纪开始，内燃机出现，汽油需要激增，带动了在煤中制取液体燃料的工业发展，煤低温干馏技术迅速发展。二次世界大战期间，德国大力发展煤低温干馏工业，增加液体燃料，一度低温煤焦油产量达到80多万吨。二次世界大战结束后，石油大发现、大开采，煤低温干馏工艺停滞。我国最早引入煤低温干馏技术是日本殖民东北时，在抚顺建立了11台门德式煤低温干馏炉，1944年又在在辽宁锦西修建了2台的鲁奇炉。到日本投降时，这些设施基本破坏无遗。建国后，原燃料工业部及石油管理总局恢复了锦西低温干馏炉。并带动了国内煤低温干馏发展。50年代末，大庆油田发现，我国的煤低温干馏也逐渐停下来。

 80年代初，国内铁合金生产所需无烟煤奇缺，焦粉等品质又难以满足铁合金需求。鞍山热能院于1982年～1983年在冶金部立项开展“铁合金专用焦的研制”。1983年10月用大同烟煤块在大连煤气公司伍德炉进行制取半焦工业性试验，并用大同半焦在首钢铁合金厂1800KVA工业电炉内冶炼75％硅铁，取得生产每吨硅铁节电369kwh，节焦98kg的效果。1985年“大同二号弱粘结性中小块（13~60mm）煤在直立炉炼焦制气的研究”获冶金部科技成果二等奖；1986年以大同烟煤块制取半焦的“铁合金专用焦”获冶金部科技成果三等奖。由此，鞍山热能院开发了以长焰煤、不粘煤或弱粘煤块煤为原料的内热式直立炉干馏工艺技术及装备。1988年在大同左云县建设国内第一座内热式直立炉1.5万吨，即用烟煤块制取半焦的工业性示范生产装置，用于生产铁合金专用焦。该装置于1991年4月一次投料成功，生产出优质的铁合金专用焦及低温煤焦油。

  （二）兰炭。

历史上，陕北神府及周边地区的老百姓把煤燃烧冒黑烟过后后剩下的“残炭”叫做兰炭。从历史和民俗流传中，民间手工艺人铁匠、铜匠等利用兰炭热值高特性锻造金属等，也有民用炭盆取暖、烤制烧饼等。

 上世纪80年代初，神府东胜煤田开发，带来当地工业发展，建设了一批小铸造、小炼铁厂。因神木缺乏冶金焦，就用土制兰炭替代冶金焦，取得了良好的效果。此后，当地电石厂和硅铁厂为了降低生产成本，相继使用兰炭代替无烟煤和冶金焦，不但实现了降本增效，而且产品品质大幅度提高，兰炭因此迅速在电石和硅铁行业推广应用。土法烧制兰炭随之在神府及周边地区迅猛发展。

 1992年，神木县政府引进鞍山热能研究院低温干馏生产工艺，利用当地丰富的优质烟煤生产半焦，并提取煤焦油，因当地人习俗，仍把半焦叫作兰炭。该装置具体的工艺是：炉型采用改良的伍德直立炉，加热方式为外燃内热式，连续单斗提升上料，排焦采用伍德炉连续干出焦方式，设计生产能力5万吨/年。该装置于1994年5月建成投产，但由于工艺设计原因，存在不能达产、炉体堵塞和挂渣严重、油水不分、干出焦存在安全隐患和严重的环境污染等问题，最终于1996年停产。

 1996年，神木县三江煤化工研究所尚文智等人，针对鞍山热能研究院的神木县半焦炉存在的问题，成功研发了1.5万吨/年外燃内热式直立炭化炉，并自筹资金在神木县建设了试验装置。该技术特点是：加大炭化室容积，提高产能；加大油水分离池，解决油水不分离的问题；将干出焦改变为连续湿法出焦，设置带水冷套排焦箱、水封槽和刮板出焦机，解决了干出焦造成的安全隐患和环境污染，并回收副产的煤焦油。此后，这一装置在神木及周边开始大规模建设，到1999年底达到200万吨规模。

 2000年，神木县三江煤化工研究所尚文智引入广东茂名石化公司工程师曾福吾，在总结三江公司1.5万吨复热式直立炉和广东茂名油页岩干馏方炉（鲁奇炉）技术优点及生产实践经验，将2种工艺组合，研制出SJ-Ⅰ型干馏方炉，该炉单炉产能3万吨/年，加热方式为内燃内热式，单斗上料、辅助煤箱、炉体宽度、水冷排焦箱、炉基础和油水分离池等采用了SJ复热式直立炉的设计方案，集气阵伞、布气花墙、文氏管混合器、拉焦盘和焦油回收系统采用了油页岩干馏的设计。SJ-Ⅰ型干馏方炉的主要特点是实现了布料均匀、下料均匀、布气均匀、集气均匀，解决了喷孔结疤、炉内挂渣等问题，提高了焦油回收率，而且具有投资少、产量大、操作简便等优越性能。这一炉型被广大设计院（包括鞍山热能研究院）、建设工程单位高度认可，并普遍采用或模仿，成为兰炭产业中的主要炉型之一。工艺的成熟使兰炭迅速在神木及周边地区推广，到2003年，神木及周边兰炭建设规模达到2000万吨。

二、兰炭正名始末

      2004年至2005年，晋陕蒙宁区域因为兰炭等“五小企业”，资源浪费、环境污染严重，引起国家领导人重视。四部委联合发文，要求清理整顿，特别是兰炭厂布局小散乱、装备水平低、煤气无法点天灯，氨水渗泄露时有发生等，造成极大的资源浪费和严重的环境污染等，被有关部委要求坚决取缔。到2006年底，鄂尔多斯市兰炭企业全部关停，2007年底铲除取缔。

 神木是兰炭的核心产区。考虑到兰炭在市场需求中的不可替代性---兰炭切实带来了市场生产效益效率的提升；以及兰炭在地方产业链中的重要性---上接煤炭下联载能化工产业；神木县委县政府认真筹划这一产业发展。邀请国内外专家学者把脉产业，邀请科研技术单位改造提升。2006年初，神木提出兰炭产业优化升级思路---开展新技术研发、开展示范建设、规划产业园区、企业关小上大。与此同时，县级负责同志郭宝成、雷正西、郝亚雄、张胜荣、贾志强等人，到市、赴省、进京，协调有关单位汇报工作争取产业政策。此外，神木县委县政府联合协会、学会及科研机构，广泛开展兰炭产业发展研讨，争取学术支持、社会舆论认可。强力淘汰落后产能，2006年至2008年，神木全面关闭了153户、300多台小兰炭、总产能1000多万吨的小兰炭企业。大力创新技术，神木三江煤化工研究所、鞍山热能研究院、陕西冶金设计研究院等研发的60万吨以上大型、环保、节能兰炭生产装置陆续投产。2008年，工业和信息化部对《焦化行业准入条件》进行了修订，将兰炭正式纳入产业目录焦化序列，允许并鼓励发展，标志着兰炭持续发展有了政策保障，加上技术的不断成熟，从此，兰炭产业向清洁化、规模化、现代化方向发展。产业准入，晋陕蒙宁甘掀起了兰炭新一轮发展热潮，尤以新疆建设发展最为迅速。大型国企、高等科研院校等纷纷参与其中，兰炭工艺日趋多元化。据不完全统计有20多种，仅神木就有大连理工大学固体快速热解法、中科院固体快速热解法、陕煤天元化工粉煤回转窑、龙城粉煤回转窑、西安三瑞粉煤回转窑、国电富通粉煤热解、榆林煤化工研究促进中心粉煤热解、神木三江热解、神木恒源煤化工成型热解等试验示范装置在发展。兰炭技术开始走出国门，走进哈萨克斯坦、不丹、马来西亚等国。

 2010年，国家质检总局和国家标准委员会正式发布“兰炭产品技术条件”、“兰炭用煤技术条件”、“兰炭产品品种及等级划分” 等三项国家标准，2013年又发布了《兰炭单位产品能源消耗限额》。2013年以来，兰炭市场的不断拓展，兰炭的影响力逐步扩大。《国家“十三五”规划纲要》、《煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）》、《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《煤炭工业发展“十三五”规划》等文件，明确了要加强煤炭分级分质利用技术，重点发展大型煤炭热解技术。煤热解与废水处理已经列为国家10大重大专项创新技术之一。国家环境保护部、国家发展改革委、国家能源局、国务院对兰炭在改善环境中的作用给予高度认可。2016年年底，据不完全统计，全国兰炭生产总规模高达1亿吨，其中榆林兰炭产能约占总产能的70%。

三、兰炭市场发展

     兰炭最初为居家取暖用，后来小作坊应用，可视为生产原料。此后逐步应用于小炼铁、小铸造等工业领域。20世纪80年代，兰炭大规模发展，主要依托电石和铁合金应用。进入新世纪，兰炭在这两个行业的应用，带动了中西部电石、铁合金迅猛发展。目前国内80%的电石、铁合金产业集中在兰炭产区周围。

 2009年前后，神木府谷完成兰炭升级改造后，总体规划产能较原来，扩大了1倍多。产能放大，但是面对的是电石铁合金因过剩而出现的不断萎缩态势。加之，周边省市发展快，兰炭升级完成就迎来了产能相对过剩阶段。2008年夏，兰炭大中料约1200元/吨，到2009秋年不到600元/吨。2010年起，神木县政府联合中钢集团鞍山热能研究院、北京科技大学、武汉大学、包头钢铁研究院、河北新兴铸管、河北敬业钢铁、山西美锦钢铁等科研院校生产企业，开展兰炭在高炉炼铁、铁矿烧结、球团矿以及铸造型焦等领域的应用技术，取得了良好的效果，其中，“兰炭、提质煤在炼铁应用技术研究与开发”获得2016年中国钢铁工业协会、中国金属学会一等奖。全国知名钢铁企业，如宝钢、南钢、包钢、酒钢、太钢、敬钢、、陕钢等纷纷使用兰炭，此外，日本新日铁，韩国、马来西亚、印度等国的钢铁企业也开始采购兰炭。

 2013年以来，神木县兰炭产业服务中心抓住大气污染治理契机，联合神木县三江煤化工研究所与中科院大气环境研究所、清华大学、北京石油大学、中国环境科学院、煤炭科学研究总院、西安建筑科技大学等研究机构和高等院校开展了兰炭替代原煤高效清洁利用系列研究，引起了国家有关部门的高度关注。2014年5月21，生态文明协会会长、十一届全国政协副主席陈宗兴率科技部、环保部以及中国环境科学院的领导和专家专门来神木考察兰炭，对兰炭的清洁性能给予高度肯定，为兰炭在民用市场的应用奠定了良好的基础。2014年9月16日，神木县政府与北京市农委召开“2014减煤换煤清洁空气行动优质燃煤替代现场会”，专题推荐兰炭及兰炭型煤，并开展了试点示范应用，得到了北京广大群众认可。2015年，北京率先开始使用兰炭做洁净煤替代散烧烟煤。此后，兰炭在河北、山东进行了大大量推广，河北山东也开始使用兰炭替代散煤，治理大气污染，取得了显著效果。2016年，国家环保部在《民用煤燃烧污染综合治理技术指南》、国家发改委、能源局在《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《煤炭工业发展“十三五”规划》中明确提出：在大气污染防治重点地区，积极推广优质无烟煤、型煤、兰炭等洁净煤。2017年9月1日，国务院又进一步明确，“煤改电、煤改气是国家长期战略要求，目前部分条件限制区域，缺电、缺气，或者成本较高区域，可使用兰炭、无烟煤、焦炭等优质清洁能源。”兰炭正在以清洁燃料形象在国内外市场中冉冉升起。据不完全统计，截止2016年年底，兰炭在民用清洁燃料领域的用量已突破700万吨/年。

 2017年，神木市政府兰炭产业服务中心联合神木市科特清洁能源公司研发的“兰炭固定床低压气化制备清洁燃料气工业化示范项目”取得成功，该项目兰炭作为气化原料用于混合煤气发生炉生产工业煤气，较好的解决了陶瓷、玻璃、冶金、煅烧以及化工领域对清洁、低成本燃料气的需求，为兰炭开辟了巨大潜在市场。河北钢铁协会拟将该工艺推广到轧钢领域。与此同时，江苏河海新能源公司开发的兰炭等离子气化技术，也开始在大力推广，将解决大部分的用热用气需求，并显著降低成本和保证清洁生产。

 兰炭，正在以其清洁利用特性，在开拓出更多发展市场，引领煤炭清洁高效利用，实现煤炭发展新旧动能的转换，开创我国能源利用新格局。

四、结束语

     回顾产业发展历程，技术由国外到国内，由半焦到兰炭，市场从民用到工业应用，到炼铁原燃料、清洁燃料等。主要体现了以下几个特点：

     一、技术创新是产业发展生命线。兰炭工艺技术从最初的煤制取半焦到制油、到煤分质分级利用，从国外到国外，发展200多年，汇集了许许多多技术创新，在创新中发展规模越来大，发展道路越来越宽广。

     二、市场需求是产业发展原动力。市场决定资源配置，在兰炭发展中得到了最生动的体现，每一次市场调整，对产业都有生死存亡的决定性意义。但是我们也要注意到人的主观作用的决定性作用，特别是后期，兰炭市场的主动转型就是最好的范例。

      三、草根、基础实践可以上升到国家产业。“兰炭”以方言土语进入国家产业目录，代表了市场力量。神木领导干部和企业，敢于担当、主动作为，以区区县之力引领产业发展，成为国家战略产业，在新时代，仍具有强烈现实意义。

信息来源：公众号“煤炭深加工现代煤化工”《漫说神木兰炭》2018-06-12

参考文献（略）

重要的事说三遍：点击“阅读原文”、点击“阅读原文”、点击“阅读原文”阅读“中国特钢企业协会团体标准化工作委员会关于下达2020年第二批团体标准制修订计划的通知”中《高炉喷吹用兰炭技术要求》等团体标准立项。

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