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榆林蘭炭產業現狀分析及高質量發展的建議

陜煤神木電化發展有限公司  方新軍

 

 

一、蘭炭的生產工藝及產能分布

蘭炭的生產工藝就是煤在隔絕氧氣、或者非氧化的氛圍下中低溫熱解過程，傳統的蘭炭爐包括外熱式和內熱式形式。外熱式采用的是火道加熱的方式干餾，爐型復雜，熱效率低，投資是內熱式的三倍左右，但其副產的煤氣成分較好，氮氣含量在4%左右，是生產甲醇、合成氨、乙二醇等化學品的優質合成氣。內熱式蘭炭爐主要有鞍山熱能院、陜西冶金設計院和神木三江開發的直立三段式爐型，其中神木三江的SJ-V型蘭炭爐的單爐產能達到了20萬噸/年，原料煤粒度使用的下限達到3mm。傳統內熱式蘭炭爐由于空氣助燃導致煤氣成分較差，氮氣含量達到42%以上，目前只能做為發電的燃料氣。如果蘭炭尾氣向制化學品方向發展，則需要進一步試驗純氧助燃的方式改善煤氣成分。目前，陜煤神木天元的回轉窯粉煤熱解、陜煤上海勝幫的粉煤提升管快速熱解、陜煤技術研究院輸送床粉煤快速熱解等為代表的500℃低溫熱解技術已經完成了中試及工業化試驗，正在大型化工程設計和施工階段。粉煤低溫熱解技術最大的優點就是：1、生產裝置大型化，單套裝置可以達到百萬噸級煤熱解能力；2、焦粉水分含量在1%以下，噸蘭炭節約烘干能量20公斤標煤；3、煤焦油的收率在15%以上，高出內熱式蘭炭爐約8個百分點。

 

中國蘭炭的產區主要為陜西、內蒙、寧夏和新疆。陜西的產能主要集中在榆林，其中神木3500萬噸，府谷約2400萬噸，榆陽約300萬噸。內蒙主要產能集中在鄂爾多斯，約300萬噸。寧夏主要集中在平羅和寧東，約200萬噸。新疆主要是哈密約2600萬噸，吐魯番1200萬噸，昌吉州1000萬噸。包括龍成曹妃甸粉煤熱解項目在內，全國的蘭炭（半焦）總產能合計約1.2億噸/年。2019年，陜西榆林的蘭炭產量約3700萬噸，內蒙古約200萬噸，河北龍成曹妃甸項目約300萬噸，寧夏約100萬噸，新疆1300萬噸（其中昌吉州不到50萬噸，吐魯番約300萬噸，哈密約950萬噸）。2019年全國的蘭炭總產量約5600萬噸，產能利用率約47%。

 

榆林正在進行蘭炭產業綠色轉型升級，到2022年底前淘汰7.5萬噸/單爐的蘭炭爐[1]，并完成大棚封閉、污水處理、粉塵和VOCs治理，原則上不增加新的產能。內蒙從2021年起，對蘭炭等雙高項目嚴格審批，基本上不增加新的產能。河北、寧夏基本保持現狀，主要因素是該區域蘭炭原料需要外購，導則其產品的競爭力不足。目前新疆的蘭炭產業呈快速發展的勢頭，昌吉州在進行蘭炭產業的提標改造，但該區域的蘭炭產能釋放率太低，未來增加產能機會較小。吐魯番區域因為中泰等電石企業帶動，產能釋放率尚可。哈密地區，一部分蘭炭銷往向甘肅、青海、四川，企業在煤氣利用（發電燃料、生產氫氣和乙二醇）、煤焦油加氫等方面的產業鏈基本形成，產能釋放較前幾年有大幅提升。自2019年以來，在巴里坤地區的煤中低溫干餾項目增速較快，其中國欣綠源300萬噸、緣捷翰1200萬噸都已啟動建設。

 

 

二、蘭炭相關的產業鏈

1、煤焦油加氫

截止到2021年3月，全國煤焦油加氫項目總規模已達1013萬噸，其中高溫煤焦油加氫226萬噸，中低溫煤焦油加氫產能787萬噸。陜西為我國煤焦油加氫產能最大的省份，建成企業數為9個，其產能占全國的35.79%；新疆和山東煤焦油加氫產能分別位列第二、第三，其產能分別占全國的16.87、11.84%（見表1）。具體的煤焦油加氫企業情況見表2。中低溫煤焦油加氫的主要技術路線有輕餾分加氫、延遲焦化加氫、全餾分加氫、寬餾分加氫、沸騰床加氫、懸浮床加氫等，主要產品以柴油為主。今年以來，由于國際原油價格上漲，大部分煤焦油加氫企業開始由虧損轉入贏利，但整個行業仍然不太景氣。

 

表1.中國煤焦油加氫分布

 

 

表2.中國煤焦油加氫企業情況

 

 

因蘭炭生產過程中副產的中低溫煤焦油含有大量的環烷基和酚類，近年來煤焦油加氫由加氫生產傳統的汽、柴油向生產精細化工材料方面延伸。神木天元瞄準中低溫煤焦油提取酚類化合物自主開展技術攻關，掌握了萃取提酚法關鍵技術。2013年10月2.2萬噸/年精酚裝置建成投產，以預處理生產的酚油為原料，經萃取、精制后分別產出苯酚、鄰甲酚、間對甲酚、二甲酚等系列產品。神木富油二期的50萬噸環烷基油項目在2020年建成投產，以煤焦油為原料生產環烷基油、環己烷、甲基環己烷系列產品。陜西精益化工50萬噸/年煤焦油沸騰床加氫裂化、45萬噸/年煤焦油固定床加氫裂化、40萬噸/年石腦油連續重整、17萬噸/年芳烴抽提裝置于2020年投運，生產混合芳烴、油品、穩定輕烴等18種化工產品。陜煤榆林化學1500萬噸粉煤熱解項目所生產的煤焦油生產與芳烯結合的下游產品。煤焦油加氫向精細化學品方向的發展，既能提高產品的附加值，也能避免油品消費稅，從而帶領整個行業由傳統油品向高端化學品的方向轉型。

 

2、蘭炭尾氣的利用

2020年，全國蘭炭尾氣總的產量約450億立方米，其中煤焦油加氫消耗蘭炭尾氣約80億立方米，占比17.7%；金屬鎂生產過程中的煅燒、還原等消耗消耗蘭炭尾氣約80億立方米，占比17.7%；發電消耗蘭炭尾氣約290億立方米，占比64.6%，形成裝機容量約2700MW，每年的發電量約190億度。從以上數據來看，目前蘭炭尾氣主要應用領域是發電，蘭炭尾氣發電的單機規模偏小在30-50MW，蘭炭尾氣高溫高壓發電機組平均的供電標煤耗在405克/度，遠遠高于《國家發展改革委國家能源局關于開展全國煤電機組改造升級的通知》關于2025年火電機組平均供電煤耗小于300克/度的水平（含氣電）[2]。

 

目前，蘭炭尾氣已經開始從傳統的制氫原料氣、發電燃料氣向化工原料氣方向發展。2019年9月新疆廣匯啟動總投資35.6億元的淖毛湖1000萬噸煤分質利用（蘭炭）所副產的荒煤氣制40萬噸乙二醇項目，該項目由中國五環工程EPC總承包，采用五環、華爍、鶴壁寶馬聯合開發“WHB合成氣制聚酯級乙二醇”第三代技術，通過轉化、變換、低溫甲醇洗、PSA吸附分離等一系列工序，將荒煤氣中價值較高的合成氣組分H2、CO提出，通過羰化、加氫、精制技術生產高端化工產品-聚酯級乙二醇。該項目開辟了蘭炭尾氣大規模、高附加值利用的應用先例。神木三江公司正在開發的新一代蘭炭爐采用純氧助燃，蘭炭尾氣N2含量降低到3-5%，尾氣中的CO+H2大于65%，CH4大于20%，是生產乙二醇、甲醇和LNG的優質原料氣。神木某企業正在規劃1000萬噸的低階煤分質利用項目，計劃每年生產焦碳600萬噸、甲醇100萬噸、LNG40萬噸。該項目建成后將徹底改變對傳統蘭炭企業的觀念：一是首次大規模使用低階煤純氧法內熱式干餾技術；二是大規模使用蘭炭尾氣制高端化學品；三是采用利用光伏制氫，做為合成氣的氫源之一；四是剩余二氧化碳全部液化、與綠氫合成甲醇，實現碳的收集和封存；五是酚氨廢水全部資源化利用，回收其中的氨、煤焦油和粗酚。該項目的設計和建設、運營將以綠色工廠為標準，積極實現土地集約化、原料無害化、生產清潔化、固廢資源化、能源低碳化。

 

 

三、蘭炭的消費市場

1、傳統市場—電石、鐵合金的應用。2019年，中國的電石產量約3200萬噸、鐵合金產量約3500萬噸，年消費蘭炭量約4000萬噸以上。目前這兩個領域產能過剩且受能耗雙控的影響，預測其產能將以每年5%的速度逐步萎縮，相關的蘭炭的消費量也會隨之下降。

 

2、鍋爐燃料替代和粉焦氣化應用。目前河北、山東、江蘇，電站鍋爐和氣化爐積極使用蘭炭做為原、燃料。這主要是蘭炭做原燃料可以“不作原燃煤能耗指標統計”，滿足其煤炭消費量消減政策的要求，但這樣的替代策略是權宜之計還是長遠之路？還需要進一步觀察國家能耗政策的走向。另外，環保部2021版的《環境保護綜合名錄》中蘭炭列入GHW高污染產品名錄[3]，蘭炭作為清潔燃料使用將受到極大限制。

 

3、以我國目前的粗鋼規模，即便煉鋼行業焦粉噴吹比例僅6%，一年消耗的焦粉也將達到4000余萬噸。目前，一些蘭炭企業已經與大型鋼鐵企業聯手，將高爐噴吹比例提高至10%，這一技術如能得到推廣，年需要的蘭炭焦粉將超過7000萬噸，徹底改變蘭炭市場的供求格局。更為重要的是，由于焦粉是用廉價的末煤干餾而成，成本較塊煤降低20%，將給蘭炭企業帶來更加可觀的經濟效益。

 

4、民用市場。由于禁煤區域的劃定，蘭炭應用主要是縣級以下城市的城鄉結合部和農村地區，用量有限且成季節性。從目前發展水平看，民用市場還應該是增長，且有一段穩定期。與煙煤燃燒相比較，蘭炭燃燒產生的污染較小，但蘭炭的價格遠高于煙煤其使用成本較高，需要政府進行適度補貼。同樣由于生態與環境部2021版的《環境保護綜合名錄》中蘭炭列入GHW高污染產品名錄，蘭炭作為農村地區清潔燃料使用將受到影響。

 

總體來看，蘭炭消費市場取決于兩個因素：一是蘭炭行業自身的高質量發展，清潔化生產，以徹底退出GHW高污染產品名錄，從而能積極拓展工業上的燃料和原料替代和民用燃料市場。二是傳統的蘭炭消費市場電石、鐵合金等行業是否能保持相對穩定，或者保持可預期的衰減速度？三是鋼鐵行業無煙煤、焦粉替代等新的蘭炭消費新領域能否順利推進？

 

 

五、蘭炭產業存在的問題

1、產業集中度、行業美譽度不高的問題。目前國內在運行的最大蘭炭裝置是新疆廣匯1000萬噸直立式三段爐熱解的煤炭分質利用項目、龍成曹妃甸項目1000萬噸粉煤回轉窯低溫熱解，其余的蘭炭生產裝置單廠的產能大都分布在30萬噸到100萬噸，只有少數的單廠產能達到100萬噸以上。單廠規模小，設計標準低，技術力量差，安全和環保資金投入不足是蘭炭行業的普遍性問題，這樣導致不能吸引高端化的技術人才和管理人才，整個行業的進步速度明顯偏慢，很難滿足政府和社會對蘭炭產業高質量發展的要求。小而多的蘭炭生產和銷售主體造成行業的惡性競爭，整個行業長期處于微利或者虧損的狀態，使得各個企業在產業升級和技術進步的資金投入上存在明顯的欠賬。

 

2、蘭炭尾氣高附加值、低排放量利用的問題。據測算，1億m³蘭炭尾氣可發電0.7億度電，價值約0.2億元；1億m³蘭炭尾氣也可以生產1.4萬噸液氨（或甲醇）和700萬m³甲烷，價值約0.53億元。由此可以看出，蘭炭尾氣生產化學品的附加值是發電的2.6倍。

 

每萬立方米蘭炭尾氣發電的碳排放量為5噸，每萬立方米蘭炭尾氣制成甲醇和LNG，直接碳排放量為2噸。榆林地區用于發電的蘭炭尾氣量約200億立方米，碳排放量約1000萬噸。如果200億立方米尾氣全部用于制化學品，其排放量為400萬噸，二氧化碳的年減排量為600萬噸。因此，從碳減排的角度來看制化學品是非常有意義的。

 

每萬立方米蘭炭尾氣發電的NOx、SO2排放量分別3kg、1.5kg（陜西省非天然氣燃氣鍋爐超低排放標準NOx100mg/m3、SO250mg/m3 [4]）。榆林地區用于發電的蘭炭尾氣量約200億立方米，形成的氮氧化物排放量6000噸、二氧化硫排放量3000噸。而蘭炭尾氣制化學品是原料氣，基本上不參與燃燒，燃料燃燒形成的NOx接近于零，其中的硫化物以硫磺或硫酸的形式99%以上予以回收。因此，蘭炭尾氣制化學品對地區NOx和SO2的減排作用也是非常巨大的。

 

3、清潔化生產的問題。2020年10月份環保部大氣司在神木兩個蘭炭生產企業檢查中發現主要大氣污染物排放指標嚴重超標，廠區可以明顯聞到刺鼻的氨、煤焦油氣味。蘭炭生產過程中揮發性有機氣體、惡臭氣體、粉塵污染和高濃度酚氨廢水是蘭炭產品被列入高污染產品名錄的主要原因，對蘭炭產業的生存與發展構成了極大的威脅。與焦化生產比，蘭炭的生產工藝較為簡單，從原料、產品的存儲和出焦過程設計為全封閉化，從而實現“零泄漏”和“零污染”，再通過綠化、美化等手段達到“花園式工廠”的標準。蘭炭廢水屬于高濃度酚氨廢水，與魯奇氣化的酚氨廢水成分基本接近。魯奇氣化工藝產生的的高濃度酚氨廢水通過蒸氨、MIBK萃取提酚及溶劑回收和生化、深度處理等完全可以實現酚氨廢水的資源化利用，這一方面神木天元和神木富油已經有成功應用的案例。每小時噸水的完全投資成本在200萬元，噸水的完全處理成本約70-90元（受蒸汽價格和回收的氨、酚和煤焦油價格波動影響），酚氨廢水的處理會讓每噸蘭炭增加成本約20元。在VOCs、無組織排放治理方面，神木聯眾在新上的三臺15萬噸小粒煤直立爐的爐頂、出焦口、罐區等處利用負壓收集，對含塵氣體進行清水洗滌后達標排放，對含有揮發性有機物的回爐焚燒。整個生產現場干凈、整潔、無異味，經檢測裝置周邊大氣中的污染物全部合格。

 

近幾年，傳統焦化經過高水平的治理后，粉塵、廢氣、廢水及固廢都得到了有效處理、達標排放。這個過程中形成了如河北旭陽、山鋼萊蕪焦化等行業綠色標桿企業，打造出了焦化企業綠色工廠、花園式工廠的示范。陜煤陜鋼龍門鋼鐵更是成功申報了4A工業旅游工廠[5]，讓高污染、高耗能的行業也看到了發展希望。這些發展案例非常值得整個蘭炭產業去對標學習，積極實施。

 

 

六、榆林蘭炭行業高質量發展的思路

蘭炭生產的園區化、裝置的大型化、生產的清潔化，管理的現代化，以及蘭炭尾氣利用的高效化是未來蘭炭產業發展的主要方向。以榆林蘭炭產業未來高質量發展為例，建議從以下幾方面來認識和規劃。

 

1、項目的大型化、園區化。由資金實力強、管理水平高的企業為主導，政府的國有資產運營公司和民營股份共同參與，充分利用神府低階煙煤高揮發性、高含油率的優點，高水平、高起點建設10個左右高水平1000萬噸/年的低階煤分級分質利用（蘭炭）基地，每年低階煙煤約1億噸，最大程度地保留了“榆林蘭炭”這個特色鮮明的地標產品。現有在能耗、環保和安全等方面不達標的蘭炭企業在3-5年有序退出，置換出5000萬噸以上的蘭炭產能做為大項目的用能和環境容量指標，并由政府主導以產能股份的形式入股新項目。

 

新項目實現入廠原煤的全利用，從0-6mm的粉煤、6-30mm的粒煤到30-80mm的塊煤采用不同的熱解方式，如粉煤回轉窯熱解、粉煤提升管或輸送床快速熱解、直立式三段爐純（富）氧干餾等工藝，生產高品質的半焦、副產高品質煤氣和煤焦油。按1000萬噸級的低階煤分級分質利用來計算，每年可以生產6mm以上的半焦400萬噸、6mm以下的粉焦150萬噸。副產的煤氣和粉焦氣化后，每年生產甲醇210萬噸、LNG35萬噸、煤焦油80萬噸。210萬噸甲醇生產烯烴70萬噸，烯烴繼續向材料方向深度發展。如果在榆林能形成10個千萬噸級的低階煤分質利用項目，可以生產塊焦4000萬噸，生產甲醇2100萬噸并轉化成300萬噸烯烴，生產LNG350萬噸，生產煤焦油800萬噸并形成環烷基油和特種油品、精細化學品，整個產業鏈的產值將達到1200億元以上。

 

2、打造綠色工廠，重塑行業形象。由賽鼎工程公司、華陸工程公司、五環工程公司等在煤化工、焦化方面設計經驗豐富的甲級石化設計單位進行工程設計，把“土地集約化、原料無害化、生產清潔化、固廢資源化和用能低碳化”綠色工廠的五大理念在設計中得到體現。從原料煤到產品焦的運輸均采用鐵路運輸，存儲以筒倉形式和地下皮帶走廊，廠區內實現“用煤不見煤，產焦不見焦”；采用大型化、現代化的生產裝置以大幅度減少排放口、泄漏點；每個千萬噸級煤分質利用（蘭炭）項目都建設一套200m³/h的酚氨廢水處理裝置，采用蒸氨、脫酚及生化、反滲透深度處理等方式實現廢水的達標回用，同時每年回收煤焦油1萬噸、粗酚1萬噸噸和液氨1萬噸，實現蘭炭酚氨廢水的資源化利用。煤泥、煤矸石做為鍋爐的燃料使用，鍋爐灰渣做新型綠色建材。所有屋頂、廠房、煤棚等均鋪設分布式光伏，預計每個千萬噸項目的分布式光伏容量約100MW，每年發電15000萬度，實現用能的低碳化。

 

3、形成統一采銷，避免惡性競爭。噸半焦（蘭炭）的凈利潤保持在200-400元，千萬噸級煤的分質利用（蘭炭）工廠每年半焦的利潤10億元以上、化學品的利潤在10億元左右，總的凈利潤保持在20億元以上。只有這樣，才能對高標準建設、高水平運營起到資金保障作用。以蘭炭的生產成本為基礎，以焦炭的價格為參考（2021年5月份焦炭價格是蘭炭價格的2.5倍），完全有可能實現上述的利潤目標。目前僅神木就有蘭炭生產經營企業約50戶，單廠的蘭炭平均銷售量約50萬噸，分散的原煤采購和產品銷售形成不了市場話語權，造成了原料購入價高，產品銷售價低，利潤和成本倒掛的尷尬局面。10家千萬噸級項目每年原煤采購量1億噸，半焦銷售4000萬噸以上（自用的焦粉約1500萬噸除外）。以行業協會牽頭，形成統一的采購和銷售平臺，提高議價能力并打破惡性競爭的不良局面。

 

4、組建蘭炭產業技術研究院，研究解決行業發展困局。作為全國蘭炭產量60%以上的榆林地區，應該在蘭炭產業的健康發展上做出自己應有的貢獻。目前困擾蘭炭產業的兩大難題一是行業技術力量薄弱；二是行業盈利水平偏低，從而導致環保、安全和智能化方面的欠賬較多。生態與環境部2021版的《環境保護綜合名錄》中蘭炭列入GHW高污染產品名錄，表達出政府和社會對蘭炭產業發展前景的擔憂。以政府主導、企業參股的方式組建蘭炭產業技術研究院，可以充分利用大專院校、科研院所、工程設計公司和榆林現代煤化工企業的力量，協同解決蘭炭產業面臨的技術瓶頸、發展難題。以榆林地區所有蘭炭企業集體創建“綠色工廠”為目標，在清潔生產和智能化工廠、光伏綠電、廢水廢氣固廢資源化利用等方面加大研究。在低階煤熱解新技術、在煤焦油為原料生產煤基特種油品、蘭炭尾氣制可降解塑料、高端化學品等方面加大投入，以落實習近平2021年9月13日視察榆林關于“大力發展煤基特種油品、煤基生物可降解塑料“的講話精神。同時，也在蘭炭產業的現代化企業管理方面開展研究，以精益生產為目標，以優秀石油化工企業為對標對象，快速地提升整個行業的管理水平。總之，盡快創建蘭炭產業技術研究院對破解產業難題、規劃行業發展有著重大的影響和深遠的意義。

 

 

參考文獻：

[1]《榆林市人民政府辦公室關于印發蘭炭行業升級改造綠色安全發展三年行動方案（2019-2021年）的通知》（榆政辦函〔2019〕152號）

[2] 《國家發展改革委 國家能源局關于開展全國煤電機組改造升級的通知》政策解讀謝秋野 作者：陜西省能源局電力處

[3] 生態環境部《環境保護綜合名錄（2021年版）》

[4] 陜西省《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB61/1226-2018）

[5] 陜煤集團陜鋼龍門鋼鐵景區躋身國家AAAA級旅游景區行列人民網2021年01月22日