中国有色金属学会六届四次会.pdf

陕西广播电视大学陕西广播电视大学 陕陕 西西 省省 兰兰 炭炭 学学 会会中国有色金属学会六届四次会金属镁兰炭规模化联产技术金属镁兰炭规模化联产技术兰新哲兰新哲2013 2013 年年 9 9 月月 16 16 日日中国镁业网信息中国镁业网信息 2013.072013.071.20121.2012年世界镁业信息年世界镁业信息 占比占比世界总产量：世界总产量： 75 75 万吨万吨中国总产量：中国总产量： 64 64 万吨万吨 85.385.3％％陕西榆林产量陕西榆林产量：：32 万吨万吨 5050％％2.2.为什么陕西榆林产量能：为什么陕西榆林产量能：占全世界：占全世界： 42.7 42.7 ％％占占 全国：全国： 5050％％ ？？5 5年增长：年增长： ~ 400 ~ 400 ％％ ？？3.关键或核心竞争力：①兰炭制铁合金及尾气利用技术:1）兰炭替代焦炭→铁合金 Fe+SiO2→FeSi+CO2 2）尾气利用煅烧 MgCO3 →MgO+CO2 3）尾气加热还原镁 H2+CH4+CO+O2 →②金属镁的生产规模： 效比1）1000 吨金属镁/年 5万吨兰炭/年 1：50 2）1-2 万吨金属镁/年 30-60万吨兰炭/年 1：30 3）5 万吨金属镁/年 120万吨兰炭/年 1：24主要内容主要内容一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状二、兰炭金属镁规模联产技术基础二、兰炭金属镁规模联产技术基础三、规模化联产的关键技术三、规模化联产的关键技术四、技术经济与环境评价四、技术经济与环境评价五、结论与建议五、结论与建议一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／１／１1.1 1.1 兰炭概念兰炭概念兰炭是由低变质煤（褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤等）经中低温兰炭是由低变质煤（褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤等）经中低温 干馏生产的一种固体碳素材料（原称干馏生产的一种固体碳素材料（原称““半焦半焦””），因燃烧时有蓝色火焰），因燃烧时有蓝色火焰 而得名。

陕西榆林地区最初生产兰炭是因为用兰炭取代昂贵焦炭生产铁而得名陕西榆林地区最初生产兰炭是因为用兰炭取代昂贵焦炭生产铁 合金和电石等合金和电石等 燃 烧一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／２／２1.2 1.2 兰炭兰炭生产现状生产现状第一阶段：第一阶段：““土炼半焦土炼半焦/兰炭兰炭””第二阶段：第二阶段：3-5万吨万吨/年的年的““机制兰炭机制兰炭””第三阶段：规模化：第三阶段：规模化：30~60万吨万吨/年兰炭生产线技术及成套装备年兰炭生产线技术及成套装备（单炉（单炉5万吨万吨/年具有自主知识产权）年具有自主知识产权）第四阶段：园区化：第四阶段：园区化：120万吨万吨/年的规模化清洁生产线及园区年的规模化清洁生产线及园区（单炉（单炉10万吨万吨/年，具有自主知识产权）年，具有自主知识产权）第五阶段：链条化：形成兰炭第五阶段：链条化：形成兰炭—发电，发电，兰炭兰炭—铁合金铁合金—金属镁金属镁，，兰炭兰炭— 电石电石—聚氯聚氯 乙烯等产业链、产业集群乙烯等产业链、产业集群目前，进入第六阶段：升级提高目前，进入第六阶段：升级提高全国兰炭产业分布图（全国兰炭产业分布图（2012年）年）一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／３／３1.2 1.2 兰炭兰炭生产现状生产现状92012年 全国兰炭 产能：8610万吨，产量： 2926～3100万吨其中 陕西省 产能：4500万吨，产量：1960~2100新 疆 产能：2530万吨 内蒙古 产能：970万吨宁夏 产能：610万吨 一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／４／４1.2 1.2 兰炭兰炭生产现状生产现状u 国家能源结构调整及产业升级 u 西部大开发、中西部区域经济发展 u 国家能源化工基地建设、支撑国家经济发展 u 产业链长：涉及能源、化工、冶金、材料、机械 制造、电力等， 促进能源富集区的就业和民生改善 u 能源化工科技进步兰炭产业是战 略新兴产业， 地位重要一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／５／５1.3 1.3 金属镁生产现状金属镁生产现状镁是继钢铁、铝、铜、铅、锌之后的第 六大金属工程材料，具有许多优良的性能， 应用前景极为广泛。

随着技术和价格两大瓶 颈的突破，全球镁的用量以每年10%的幅度 快速增长，这在近代工程金属材料的应用中 是前所未有的我国镁工业从2000年起步 ，发展迅猛，镁产地主要集中于山西、陕西 、宁夏和内蒙等西北地区目前我国已成为 镁资源储备、镁生产量、镁出口量、镁消费 量四个世界第一的镁产业大国 一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／６／６1.3 1.3 金属镁生产现状金属镁生产现状表表1 2000年～年～2011年中国与全球原镁产量年中国与全球原镁产量 /万吨万吨年份2000年2005年2010年2011年2012年全球47.066.580.077.075.0中国26.845.065.366.164.0份额（%） 57.067.781.685.885.3国内外炼镁技术国内外炼镁技术——电解法电解法 、、皮江法皮江法（外热式硅热还原法）（外热式硅热还原法）皮江法皮江法——使用的原材料是白云石矿和还原剂硅铁，加热使用的燃料使用的原材料是白云石矿和还原剂硅铁，加热使用的燃料 主要是原煤皮江法炼镁工艺简单，生产设备所需固定投主要是原煤皮江法炼镁工艺简单，生产设备所需固定投 资少，可吸收较多的社会劳动力，特别适合我国国情。

中资少，可吸收较多的社会劳动力，特别适合我国国情中 国的炼镁产业中国的炼镁产业中99% 以上采用皮江法以上采用皮江法 一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／７／７1.3 1.3 金属镁生产现状金属镁生产现状皮江法皮江法 缺点：缺点：①①能源和资源消耗高：每吨原镁生产耗煤能源和资源消耗高：每吨原镁生产耗煤10吨以上，平均热能吨以上，平均热能 综合利用率小于综合利用率小于10%，每吨原镁生产需，每吨原镁生产需13吨白云石和吨白云石和1吨硅铁；吨硅铁；②②环境污染严重：燃煤炉的黑烟、废渣及大量粉尘；环境污染严重：燃煤炉的黑烟、废渣及大量粉尘；③③技术水平落后：手工作业，工人劳动强度大，劳动环境差技术水平落后：手工作业，工人劳动强度大，劳动环境差发展方向发展方向：技术改进、产业升级，循环经济发展，技术改进、产业升级，循环经济发展，提高能源和资源的利用率，增强国际竞争力提高能源和资源的利用率，增强国际竞争力 世界镁业在中国，中国镁业在榆林世界镁业在中国，中国镁业在榆林煤煤兰炭兰炭煤焦油煤焦油煤气煤气（铁合金）（铁合金）金属镁金属镁兰炭金属镁联产主要产品兰炭金属镁联产主要产品一、兰炭与金属镁生产现状一、兰炭与金属镁生产现状／８／８1.4 1.4 规模化联产的主要产品及应用规模化联产的主要产品及应用 二、兰炭金属镁规模联产技术基础／１二、兰炭金属镁规模联产技术基础／１2.1 2.1 兰炭金属镁生产的工艺流程兰炭金属镁生产的工艺流程兰炭金属镁联产工艺流程示意图兰炭金属镁联产工艺流程示意图 二、兰炭金属镁规模联产技术基础／２二、兰炭金属镁规模联产技术基础／２2.2 2.2 兰炭金属镁规模化生产的工艺技术兰炭金属镁规模化生产的工艺技术理论分析：理论分析：1 1）工艺参数优化难度大，）工艺参数优化难度大，M = fM = f（（V,u,T,PV,u,T,P））2 2）兰炭炉为内热式，兰炭、焦油、炉气）兰炭炉为内热式，兰炭、焦油、炉气三相共存三相共存，反应复杂。

反应复杂3 3）煤炭生产兰炭总失重表达式：）煤炭生产兰炭总失重表达式：煤炭化热解动力学过程用煤炭化热解动力学过程用C C－－R R 积分方程：积分方程： maxmin( ) 1 expexp()EvvEEWtWf Et ART 2ln 12lnln1ARRTE TEERT (1)(1)生产兰炭技术生产兰炭技术/1/1 二、兰炭金属镁规模联产技术基础／３二、兰炭金属镁规模联产技术基础／３2.2 2.2 兰炭金属镁规模化生产的工艺技术兰炭金属镁规模化生产的工艺技术规模化生产兰炭技术采用西安建筑科技大学和神木县三江煤化工有限 公司联合开发的大腔型内热式直立方炉热解技术，生产工艺简单，操作方 便，投资成本较低，产品质量稳定，焦油收率高，目前已经推广应用到国 内90%以上的兰炭企业，国外也已经成功推广应用两家单位 该工艺采用封闭运行，煤气、焦油经除尘、脱水后全部回收利用， 过程能耗低，环境友好无污水外排；但是对原料要求较高，需采用 25mm以上块煤生产过程包括生产过程包括备煤备煤、炭化（干馏）炭化（干馏）、煤气冷凝煤气冷凝和筛焦筛焦-储焦储焦四个工段。

(1)(1)生产兰炭技术生产兰炭技术/2/2 二、兰炭金属镁规模联产技术基础／４二、兰炭金属镁规模联产技术基础／４2.2 2.2 兰炭金属镁规模化生产的工艺技术兰炭金属镁规模化生产的工艺技术该工艺主要包括原料准备、煅烧、配料及压形、真空热还原（煤气利用） 、金属镁精炼等部分①煅烧工段CaCO3·MgCO3→CaO·MgO+2CO2↑ ②配料工段 ③真空还原工段 2（MgO·CaO）＋Si＝2Mg＋2CaO·SiO ④精炼工段 (2)(2)硅热法生产金属镁技术硅热法生产金属镁技术/1/1二、兰炭金属镁规模联产技术基础／５二、兰炭金属镁规模联产技术基础／５2.3 2.3 兰炭金属镁规模化生产的主要装备兰炭金属镁规模化生产的主要装备(1)(1)产能为产能为1010万吨万吨/ /年年的的兰炭单炉兰炭单炉/1/1单炉产能单炉产能10万吨万吨/年的兰炭炉结构图年的兰炭炉结构图 主要结构及指标主要结构及指标 项目项目 5 万吨万吨/年年 10 万吨万吨/年年 干馏室长度干馏室长度 7420mm 8600mm 干馏室高度干馏室高度 7000mm 7000mm 干馏室宽度干馏室宽度 4520mm 4520mm 干馏室有效容积干馏室有效容积 100m3 125m3 入炉煤量入炉煤量 250 t/d 500 t/d 装炉煤水分装炉煤水分 8% 8% 入炉煤粒度入炉煤粒度/mm 20~100 20~100 干馏段温度干馏段温度 650～～700℃℃ 650～～700℃℃ 炉顶温度炉顶温度 80～～100℃℃ 80～～100℃℃ 煤焦比煤焦比 1.65 1.65 日产兰炭日产兰炭 150t/d 300t/d 炉顶压力炉顶压力/Pa -150~+150 -150~+150 二、兰炭金属镁规模联产技术基础／６二、兰炭金属镁规模联产技术基础／６2.3 2.3 兰炭金属镁规模化生产的主要装备兰炭金属镁规模化生产的主要装备(2)(2)双蓄热式双面双排镁还原炉双蓄热式双面双排镁还原炉/1/1利用兰炭生产副产的焦炉煤气采用快速换向蓄热式燃烧技术，使煤气 得到充分利用，最大限度的减少污染物的排放。

蓄热式燃烧技术的基本原 理:助燃空气、煤气同时周期性换向，并通过蓄热体进行热交换空气、煤 气被加热（1000℃以上），蓄热体被冷却；同时烟气也周期地通过另一侧 蓄热体，烟气被冷却，蓄热体被加热烟气离开蓄热体时温度降至150－ 200℃,标准风机就可以满足要求换向后，两侧烧嘴的工作状态也同时进 行更换蓄热式燃烧技术改变了传统燃烧方式，主要表现为燃料与空气以适当 速度从不同的通道。