浅谈兰炭生产工艺及应用研究
浅谈兰炭生产工艺及应用研究
摘要：兰炭作为当下工业生产中必不可少的重要材料，其生产工艺的研究极为关键，基于此本文就针对兰炭生产工艺及应用进行了分析。
关键词：兰炭；生产工艺；干馏热解
1.兰炭生产工艺
1.1DG裂解工艺
该工艺由大连大学自行开发，共有流程主要分为煤炭干燥-干馏热解-半焦冷却-流化燃烧-煤气脱硫净化五个环节，采用自制的半焦为固态热源，将原料煤（尺寸〈6 mm）在提升管道内干燥，然后经过一段时间的热解，通过分离器进入反应器，与热解过程中的热解反应生成半焦及气体，然后将部分半焦重新加热，然后经过上升管道送入热半焦罐，另一部分冷却后获得兰碳。在此基础上，对气体进行进一步的分离，冷却，脱硫，得到了焦油和煤气[1]。
1.2ATP热解工艺
陶瓷制作工艺流程
ATP热解工艺是UMATAC工程有限公司研发的，最初采用的是将页岩灰用作固态热载体，ATP热解工艺流程的组成部分主要是ATP反应器、原料处理系统、燃烧空气和燃烧炉系统、烟道气处理系统、预热蒸汽系统和烃蒸气收集系统。ATP热解过程的关键是ATP反应器，它由一个原料预热区，一个干馏区，一个一个冷却区组成。将原料（颗粒尺寸〈12 mm）送入ATP反应器，与半焦进行热分解，生成半焦、气体和焦油，半焦从反应器中取出，气化产品在低温下通过油料加工获得焦油，残余气化产品通过脱硫工艺获得煤气。
1.3.鲁奇三段炉热解工艺
鲁奇三级炉热解工艺为垂直炉裂化工艺。鲁奇三段炉由三个部件构成：干燥段，干馏段，降温段。将从备煤工段运来的合格煤（颗粒直径20 mm~80 mm）先装到煤槽中，然后进入到干燥段的炉子中，添加到干燥段的块煤往下运动，与打入炉中的加热燃气进行逆向接触，并逐步升温，燃气从上部排放出去。煤炭落入干馏段，利用燃气的燃烧，给干馏段带来了能量，随后，煤炭的热解反应就会出现，同时还会生成半焦与粗煤气，在经过了却冷器的冷却后，将其从空气中分离出来，然后经过了焦油捕捉器、冷却器后，就会获得了燃气，并且还会在干燥段与干馏段中，将其当作了燃气，然后，冷却器中的冷却下来的液态会被分离器分
离出来，从而获得了焦油。由于干燥过程中所形成的半焦含水量很高，因此可以通过自身所产气体的高温进行干燥，然后通过冷却过程将其排放出去，从而得到兰炭。
1.4SJ低温干馏热解工艺
SJ低温干馏热解工艺，是神木市三江煤化公司在鲁奇三段炉的前提下改良和开发，采用大块烟煤制备兰炭的新技术。SJ型低温干馏塔与鲁奇三段式设备相似，也分为干燥段、干馏段和冷馏段，干馏段是其中的主体。从配煤区取来的符合标准的入炉煤，经贮煤斗，送入干馏段，然后从上往下运动，干馏段的顶部是干燥段塔，在干燥段中，将块煤加热，然后送入中间干馏段中，干馏生成兰炭和气体。经过文氏管塔和旋流板塔，经过一段时间的清洗和降温，然后用吹风器将其中的一段输送到焦炭中，使其继续升温和干燥，另外一段则将其排放出去。从文氏管塔、旋流板塔中分离出来的液态焦，在沉淀槽中进行脱水，然后通过抽油机将其注入焦油槽中，经过恒温冷却后，以焦形式输出。由沉淀池中的氨水经过喷射式氨水输送到文氏管塔、旋流板塔中，用于烟气的清洁与降温。煤干馏固体产品兰炭在干馏段下部通过冷却段，经排焦箱冷却，被推焦机推入熄焦池内，由刮板机刮出，出焦口设有烘干机烘干兰炭。
通过比较可以看出，DG法具有高产油率、环境友好、无污染等优势，但其气-固相的分离比较繁琐；ATP法烟气通过对其进行治理，提高了环境保护能力，提高了利用率，提高了经济效益，但设备较为复杂且不易维护。鲁奇三段炉具有生产能力强，碳转化率高，容易实现规模化产业化的优势，但也有环境保护和费用高昂的缺陷；SJ工艺具有产量高、装置构造简便、易于运行和维修等优点，在工业上得到了很好的推广和使用。
2.兰炭的应用
兰炭具有高固碳、高化学活性、高热值、低灰分、低挥发分、多孔结构等优点，被广泛用于多种工业领域。兰炭的用途包括：电石，钢铁冶炼，化肥气生产，化工气化，吸附剂，催化剂，以及用于制造电化学和电化学等。
在电石方面，常规电石的生产方式以电加热为主，但其存在的环境大和能源消耗过高等问题，给电石的生产带来了巨大的困难。林金元在焦炭中添加了一小部分的兰炭，结果表明兰碳可以更好地保持电石炉的稳定性，同时还可以提高生产的产量，降低电石的生产能耗。段宾等人采用了将兰炭粉和CaO混合成型，再进行预碳化和高温预警碳化，制备出的兰炭电石产品，具有流程简便、成本低廉、产品品质好、对环境无影响、提高了公司的经济效益等优
点，对兰炭电石业的发展具有重要意义。
在化工领域，兰炭是一种无公害的能源燃料，通过其在化学工业中的气化制取纯净的燃气，既可避免煤炭气化过程中产生的大量污水，又可有效地减轻对环境的影响。兰炭与气化器（气化器）在汽化器内进行化学反应，产生煤气，经过干燥和分离提纯，获得符合标准的合格煤气；所产生的气体可以用作陶瓷用燃料气，进而将其用于陶瓷、玻璃、冶金、煅烧以及化工等方面[2]。
在冶炼方面，中国的金属工业大多采用了高炉喷煤的方法，而在此过程中，高炉喷吹的燃料大部分都是无烟煤和烟煤，而伴随着高炉喷吹技术的发展和完善，它对煤炭的需求也越来越大，使得无烟煤的供应变得越来越紧缺。兰炭是一种以高固碳率和高热量为主的新型优质原料，在兰炭中掺入无烟煤，既可节约生产费用，又可增加生产效益。
在吸附材料方面，兰炭具有较高的固碳率，较低的灰分和挥发分，且具有较好的多孔结构，具有较好的吸附性能。以兰碳为原料，采用KOH法对其进行预处理，然后采用蒸汽法对其进行激活，得到了一种新型的超微孔碳。
碳基材料在电极材料中占有举足轻重的地位，而兰炭由于其独特的多孔特性，可与其他金属复合后对其进行改性和活化，从而制备出优异的电极材料。江行国等人通过添加硼微粒和兰炭，在较高温度下合成了一种新型的改性兰炭材料，并将其作为锂离子电池的负极材料，并显示出优异的电化学特性。
同时，采用兰炭作为原料，进行化学氧化、冷冻以及高温处理后，制备出的半焦基类石墨烯材料既有丰富的孔隙结构和层状结构，又表现出优异的光催化性能。
结语
目前主要制备兰炭的干馏工艺有DG热解工艺、ATP热解工艺、鲁奇三段炉工艺以及SJ低温干馏热解技术，各种工艺各具优缺点。兰炭的结构特点，使其在冶金、造气、电石、吸附剂、电极材料、半焦基类石墨烯材料等领域得到应用，为后期兰炭新工艺技术的发展以及兰炭新型应用的开发提供参考依据。
参考文献
[1]赵杰,申联星,陈阳等.兰炭生产节能技术与节能空间探讨[J].煤炭加工与综合利用,2022,No.2
70(01):79-83.
[2]张治,康宏君,张建胜等.低阶煤热解与兰炭生产工艺的相关研究[J].内蒙古煤炭经济,2021,No.324(07):42-43.

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