工程院重大战略研究成果：现代煤化工该朝什么方向发展？

爱小姐

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我国资源禀赋的特点是煤炭资源丰富，石油天然气资源相对不足。为了保障国家能源安全、加快原料多元化进程，“十一五”、“十二五”期间，在国际原油价格高企的背景下，国家先后启动建设了一批现代煤化示范项目，成功运行了煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等示范工程，技术创新和产业化均走在了世界前列。经过反复研讨和广泛论证，《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》和《现代煤化工产业创新发展布局方案》已于2017年初发布。但面对国际油价长期处于低位、现代煤化工产业发展面临着较大经济压力，国内始终存在未来现代煤化工该如何发展、朝什么方向发展的讨论和争议？中国工程院重大咨询项目“中国炼油和煤化工产业可持续发展与区域协调发展重大问题战略研究”历时2年时间，石油化工和煤化工院士专家们在现场考察20多个现代煤化工项目的基础上，围绕现代煤化工产业发展现状及未来方向进行了系统研讨，得出如下研究结果。
一、现代煤化工已形成产业发展基础
1．产业发展已形成一定规模      
截至2016年底，我国已建成1个煤直接液化、5个煤间接液化项目，总产能达695万吨/年；建成10套50-60万吨级煤制烯烃，总产能达到574万吨/年；建成3套煤制天然气项目，总产能为31亿立方米/年；建成11套20万吨级煤制乙二醇装置，产能合计270万吨/年。
2．核心技术国际领先      
自主知识产权的煤直接液化、煤间接液化、煤气化、甲醇制烯烃、甲醇制乙二醇、甲醇制芳烃等工艺技术整体达到世界领先或先进水平。产业装备自主化率已达90%左右。大量自主气化技术装备实现了工业运行，具备自主制造大型气化炉（投煤量≥3000吨/天）、大型空分（制氧量≥10万方/小时）、大型加氢液化和费托合成反应器（重量≥2000吨）、大型工艺压缩机组、适用于苛刻条件的大型高差压耐磨减压控制阀、高温高含固煤浆泵等重大装备和控制系统的能力。
已建成的示范项目经过一段时间商业化运行与不断完善，工艺技术、能效、环保等水平不断提高，如新建成神华宁煤400万吨/年煤炭间接液化项目的吨油水耗已从16吨降至6吨，优秀项目可以实现近零排放。   
3．生产出常规炼厂难以生产的油品      
煤直接液化生产出超清洁汽柴油、军用油品、高密度航空煤油、火箭煤油等特种油品、以及高附加值化学品，部分产品已填补国内空白，在国防领域应用潜力巨大。已完成的战机试飞、火箭发动机试验和装甲车辆试运行等，显示出煤直接液化油品的优良性能。煤间接液化生产的低芳烃溶剂油、高熔点费托蜡、高等级润滑油基础油等高附加值化学品，具有一定的市场竞争力。据中国环境科学研究院完成的整车运行和台架实验，煤制清洁柴油与国五标准柴油相比，可使尾气中排放的一氧化碳、细颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物分别降低24%、49%、12%和34%。   
4．已成为石油化工品的重要补充      
现代煤化工发展促进了石化行业原料多元化，部分弥补了我国石脑油供给的不足，增强了部分化工产品的供给。      
截止2016年年底，煤制烯烃总产能达574万吨/年，产能占全国乙烯和丙烯总产能的11.39%；煤制天然气总产能为31亿立方米/年，产量21.6亿立方米，占全国天然气表观消费量的1.57%；已建成11套20万吨级煤制乙二醇装置，产能合计270万吨/年，占全国乙二醇总产能的32.8%。   
5．历经高低油价运行，验证了产业技术经济性      
调研结果表明，国际油价在高位运行时，现代煤化工项目实现了良好盈利；当国际油价处于40美元/桶左右时，煤制油、煤制气等企业亏损，煤制烯烃项目实现微利。项目研究结果表明，当煤炭价格为220元/吨、在目前最严格环保要求和20元/吨碳交易价格的条件下，煤直接液化项目的盈亏平衡点为布伦特油价50-55美元/桶，煤间接液化的盈亏平衡点为60-65美元/桶，煤制烯烃的盈亏平衡点为40-45美元/桶。即国际油价不低于65美元/桶时，现代煤化工可以做到总体不亏损；国际油价约85美元/桶时，现代煤化工基本可以达到行业基准内部收益率（税前11%）。近期国际油价已回升到60美元/桶左右，为现代煤化工发展带来了利好消息。      
应该看到，现代煤化工产业尚处于发展初期，产业发展仍存在工艺技术需进一步完善、产业监管需进一步加强、布局需进一步调整等问题，社会普遍关注与担忧的水资源、环保、碳排放、产业竞争力等问题始终制约着产业发展，需要通过“十三五”升级示范和进一步科技创新，在未来发展中逐步解决问题。
二、产业发展面临的机遇与挑战      
“十三五”期间，现代煤化工产业发展面临着新形势和新挑战，有利条件和制约因素相互交织，机遇与挑战共存。        
机遇一：产业发展定位已明确。
2016年12月28日，这一重大项目建成投产，对我国增强能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用、促进民族地区发展具有重大意义，是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索，是实施创新驱动发展战略的重要成果。2017年2月，经国务院批准，国家能源局印发了《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》；3月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部联合印发了《现代煤化工产业创新发展布局方案》，明确提出“适度发展煤炭深加工产业，既是国家能源战略技术储备和产能储备的需要，也是推进煤炭清洁高效利用和保障国家能源安全的重要举措”，要“将煤炭深加工产业培育成为我国现代能源体系的重要组成部分”，从国家层面进一步明确了产业定位。      
机遇二：国家能源安全的需求。
我国已成为全球主要石油与天然气消费国和进口国。2016年，原油对外依存度达60%以上，天然气对外依存度达到36.6%，且有逐年增加趋势。在国家环保要求不断趋严的推动下，油品质量升级步伐加快，发展煤制油能够丰富优质清洁油品的多元化供应，减少油品使用对雾霾天气的影响。我国部分基础石化产品对外依存度较高，2016 年乙烯（当量）、对二甲苯、聚乙烯、乙二醇、苯乙烯的自给率分别为52.5%、43%、62.9%、34.6% 和60%，现代煤化工产业发展有较大空间。      
机遇三：煤炭清洁高效利用的需求。
全国大范围雾霾天气决定我国必须重视和加强煤炭的清洁利用。现代煤化工产业是促进煤炭清洁高效利用和煤炭产业转型升级的战略性新兴产业，是煤炭产业链有效延伸的有效途径。煤制油、煤制气可以将组成复杂且“不清洁”的煤炭转化为优质清洁的油品和天然气，煤制化学品可以对煤炭中碳、氢、硫、氧等元素充分转化或利用，生产过程中产生的气态污染物远低于直接燃煤，部分碳可以固化在化工产品中。      
机遇四：区域经济发展的需求。
现代煤化工项目投资大、附加值高、油品吨油税费高，发展现代煤化工产业能够有效拉动区域经济发展、帮助产煤大省产业结构优化升级，各主要产煤省积极性较高。、      
挑战一：国际油价持续处于低位。
国际原油价格持续低位运行，大幅降低了国内石油路线化工产品的生产成本，降低了石化产品价格。现代煤化工项目在原料成本变化不大、而产品价格大幅下降的条件下运行，盈利能力大幅下降。目前除煤制烯烃微利外，多数现代煤化工项目亏损，成本竞争力成为现代煤化工生存和发展的一个关键因素。      
挑战二：国内外石油、天然气化工品等的竞争。
我国炼油能力严重过剩，替代燃料快速发展，正加剧成品油市场的竞争。截止2016年底，全国炼油总能力达7.83亿吨/年，居世界第二位，一批大型炼油或炼化一体化能力还在规划或建设之中。近几年，天然气、燃料乙醇、甲醇、生物柴油等替代燃料快速发展，2016年合计产量已占成品油总产量的5.7%。未来电动汽车快速发展，将减少油品油的消费。国内聚丙烯产能迅速增长，未来可能出现区域饱和甚至过剩；国际上，中东和美国分别凭借天然气资源和低成本页岩气开发的优势，近年来大规模扩大乙烯产能，其低成本的化工产品将对我国煤制化学品形成一定影响。在完全市场成本价格的基础上，同国内外石油、天然气化工产品竞争，将会成为我国现代煤化工发展的硬任务和高要求。        
挑战三：环保和碳减排压力不断增大。
随着新环保法以及大气污染、水污染、土壤污染等专项行动计划的实施，国家对现代煤化工产业的污染控制要求愈加严格，新建项目获得用水、用能、环境指标的难度加大。为落实巴黎气候大会形成的《巴黎协定》，我国实施碳交易或开征环保税已成为大势所趋，将会影响到现代煤化工产业的整体竞争力。      
挑战四：水资源的约束加大。
经过十多年的示范发展，随着现代煤化工项目工艺技术优化和管理水平的快速提升，单位产品水耗已明显降低，如新建成的神华宁煤400万吨/年煤间接液化项目的单位产品水耗已降至6吨水/吨油品，但项目耗水总量依然较大。现代煤化工产业主要布局在煤炭资源富集的西部地区，大量现代煤化工项目的集中上马，将会加剧这些地区水资源供需紧缺的矛盾，水资源已成为约束现代煤化工产业发展的关键因素。
三、现代煤化工“十三五”发展重点及未来方向      
《煤炭深加工产业升级示范规划（2016-2020年）》明确提出了“十三五”期间现代煤化工重点任务，要求重点开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用（多联产）、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5类模式和通用技术装备的升级示范。通过系统集成、工艺优化、调整产品结构、管理提升等，解决现代煤化工目前存在的环保、水资源等问题，进一步降低工程造价，提高产业竞争力。      
研究认为，“十三五”及今后较长一个时期，是我国现代煤化工产业升级示范的关键时期，应重点加强以下几个方面的研究及工作：      
一是加强煤制超清洁油品及特种油品的研发与生产。
利用煤直接液化油品环烷基含量高、低凝点、高密度、低粘度指数等特点，研究生产石油化工难以生产的产品，特别是军民用航空飞机、航天火箭以及特种装甲车辆油品，满足我国日益增加的特种油品需求，保障国防建设需求。利用煤间接制油可生产无硫、低烯烃、低芳烃超清洁油品的特点，为国家清洁油品及油品升级提供优质调和组份，生产出高品质蒸汽裂解用石脑油产品和高品质石蜡、溶剂油、α-烯烃、高档润滑油等高附加值产品。随着我国特种燃料和油品升级需求的增加，煤制油产品的优势会进一步得到发挥。
二是开发煤制烯烃、煤制乙二醇的高端化、差异化新材料产品链。
草酸酯路线煤制乙二醇技术正向低成本、高选择性、长催化剂寿命方向发展，随着产品质量不断优化以及下游用户对产品接受与应用程度的加深，煤制乙二醇已开始大规模应用于聚酯化纤行业。  PE、PP下游加工能够创造上百种市场终端产品，但目前生产的煤制聚烯烃多数为低端大宗产品，聚乙烯、聚丙烯专用牌号很少。应围绕重大关键共性技术和装备加强科技攻关，尽快改变目前终端产品雷同的状态，形成终端产品高端化、差异化的新局面。通过技术创新和国际合作，延伸产品链，尽快培育形成高端、差异化的PE、PP产品树。目前已有多个企业和研究机构开始这方面的研究。        
三是推动煤制天然气在高负荷下连续、稳定和清洁生产。
针对目前煤制天然气存在的产品进入输气管道难度大、作为调峰气源全年负荷变化大、项目经济效益差等问题，加强工作，实现协同保障进口管道天然气的供应安全、解决富煤地区能源长距离外送问题、为大气污染防治重点区域提供清洁燃气。        
四是努力推进低阶煤分质分级利用的新模式。
相对煤炭直接燃烧，低阶煤分级分质利用的优势是能够实现物质、能量的梯级利用，提高煤炭利用效率，增加煤炭附加值。对成煤时期晚、挥发分含量高、反应活性高的低阶煤，通过热解、半焦利用、焦油加氢等技术进行分质分级利用，探索形成“油、气、化、电”多联产的新模式，提升煤炭清洁高效利用整体水平。      
五是加强现代煤化工与炼油产业的融合发展。
加强煤化工和炼油两个产业融合协调发展，不仅有利于提升现代煤化工产业综合竞争力，还可以煤制油品的特性与清洁性协助炼油产业成品油质量升级，降低炼油成本。在目前炼油产能过剩的情况下，应积极探讨两个产业如何发挥各自优势，错位布局，融合发展，实现产品调和与产品性能互补。两个产业从资源上协调利用、技术上优势互补、产品上相互调合，走出一条适合中国的化工发展之路。如独立炼油厂可以考虑发展煤制氢技术，节约炼厂天然气、轻烃等制氢原料，促进油品加工成本下降；有一定距离的现代煤化工厂和炼厂，可研究如何实现“碳氢互补”和煤油气资源综合利用，探讨油煤一体化、煤芳一体化、煤化一体化协同布局的可能性。国家应依托我国西部煤炭资源优势，在西部布局现代煤化工，与石油化工错位布局，填补区域市场缺口，带动中西部地区石化产品向下游延伸。依靠技术创新，现代煤化工的发展已颠覆传统C1化学下游产品路子很窄的概念。相信未来现代煤化工的创新发展，将进一步开辟C1化学广阔的产品空间。作者： 神华科学技术研究院俞珠峰 王强 罗腾

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huanjijlb8

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巧云

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