現(xiàn)代煤化工是煤炭清潔高效利用的重要途徑

我國煤炭資源較為豐富，煤炭是我國主體能源。長期以來，黨和政府十分關(guān)注煤炭資源的清潔高效利用。2019年的《政府工作報告》中指出，要推進煤炭清潔化利用，促進資源節(jié)約和循環(huán)利用，提升綠色發(fā)展能力。因此，如何清潔高效地利用煤炭資源，對推進國家中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略具有非常重要的意義，而現(xiàn)代煤化工是煤炭清潔高效利用的重要途徑。

現(xiàn)代煤化工發(fā)展方興未艾

現(xiàn)代煤化工主要以潔凈能源和精細化學品為目標產(chǎn)品，包括煤制油、煤制氣、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等，以及煤化工獨具優(yōu)勢的特有化工產(chǎn)品，如芳烴類產(chǎn)品。傳統(tǒng)煤化工主要指“煤-電石-PVC”“煤-焦炭”“煤-合成氨-尿素”三條產(chǎn)業(yè)路線，涉及焦炭、電石、合成氨等領(lǐng)域。

從技術(shù)上看，目前我國現(xiàn)代煤化工已經(jīng)形成了包括煤制氣、煤制油和煤制化工品的現(xiàn)代煤化工技術(shù)體系。我國現(xiàn)代煤化工從“九五”起步，目前無論產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)還是核心裝備自主化研制都取得了重大突破，以煤制油、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制氣為主的現(xiàn)代煤化工技術(shù)均打通了工藝流程，先后開發(fā)了“多噴嘴對置式水煤漿氣化”“航天粉煤加壓氣化”等先進技術(shù)，成功研發(fā)出“航天爐”“神寧爐”“晉華爐”等先進裝置;自主研發(fā)了煤直接液化技術(shù)，成功運行了世界首套108萬噸煤直接液化示范工程;中溫漿態(tài)床F-T合成煤間接液化技術(shù)，實現(xiàn)了世界單體規(guī)模最大的400萬噸煤間接液化項目運行;以低溫漿態(tài)床F-T合成技術(shù)為核心的100萬噸煤間接液化示范項目成功投產(chǎn);甲醇制烯烴兩代工業(yè)化技術(shù)成功應(yīng)用，13套工業(yè)裝置成功投產(chǎn);甲醇制丁烯聯(lián)產(chǎn)丙烯技術(shù)完成萬噸級裝置工業(yè)性試驗。

“十三五”以來，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)一批關(guān)鍵技術(shù)裝備打破了國際壟斷，達到或接近世界先進水平;相繼攻克了大型先進煤氣化、合成氣變換、大型煤制甲醇、煤制油、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制乙醇等一大批世界級技術(shù)難題，并實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)裝備的產(chǎn)業(yè)化，走在了世界煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的最前列。2018年底，煤制油、煤制烯烴、煤制氣、煤制乙二醇產(chǎn)能分別達到1138萬噸/年、1112萬噸/年、51億立方米/年、363萬噸/年。

隨著國家能源集團鄂爾多斯108萬噸/年煤直接液化、國家能源集團寧煤400萬噸/年煤間接液化、大唐克旗煤制天然氣等一批新型煤化工項目建成投產(chǎn)，以及一批創(chuàng)新成果捷報頻傳，現(xiàn)代煤化工發(fā)展步入一個新階段。截至2019年上半年，我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)生產(chǎn)總體平穩(wěn)，產(chǎn)能利用率處于合理水平，轉(zhuǎn)化煤炭約5570萬噸，為保障能源安全和化工原料多元化作出了突出貢獻。

當前，我國現(xiàn)代煤化工項目主要布局在國家規(guī)劃建設(shè)的14個大型煤炭基地和9個大型煤電基地，其中新疆、陜西、寧夏、山西、內(nèi)蒙古、河南等省份煤炭深加工發(fā)展速度較快，培育了寧東能源化工基地、鄂爾多斯能源化工基地、榆林能源化工基地等多個煤炭深加工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)基地化格局初步形成。全行業(yè)可實現(xiàn)煤炭年轉(zhuǎn)化能力2.5億噸以上，產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品產(chǎn)量均實現(xiàn)穩(wěn)步增長。

通過在內(nèi)蒙古和陜西等地調(diào)研，筆者了解到，國家能源集團鄂爾多斯煤直接液化示范項目生產(chǎn)負荷持續(xù)維持在85%左右，單周期穩(wěn)定運行突破420天;國家能源集團寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目單位產(chǎn)品新鮮水消耗降至6.1立方米/噸，遠低于南非沙索公司12.8立方米/噸的水平;陜西煤業(yè)化工集團蒲城清潔能化公司增加聚烯烴新牌號9個，使產(chǎn)品步入高端行列。中國石油和化學聯(lián)合會會長李壽生告訴筆者，今年上半年，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品的產(chǎn)量全部實現(xiàn)新的突破，煤制油、煤制氣、煤制烯烴及煤制乙二醇四種產(chǎn)品的實際產(chǎn)量同比增長分別達到14.1%、25.5%、10%及56.4%，現(xiàn)代煤化工發(fā)展呈現(xiàn)出方興未艾之勢。

現(xiàn)代煤化工能有效保障能源安全

國際能源署(IEA)報告指出，提升能源效率是全球經(jīng)濟有效和安全轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。基于我國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特點，煤炭一直以來都是我國的主體能源和重要原料。2018年，我國煤炭產(chǎn)量36.8億噸，進口量2.81億噸;我國原油產(chǎn)量1.89億噸，進口量4.62億噸，對外依存度高達70%;天然氣產(chǎn)量1610億立方米，進口量1254億立方米，對外依存度達45.3%。

當前，我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展已經(jīng)取得長足進展，煤替石油、天然氣成效明顯且潛力可觀。李壽生稱，目前我國現(xiàn)代煤化工有相當一部分技術(shù)處于國際先進或領(lǐng)先地位。煤直接液化技術(shù)和粉煤中低溫熱解及焦油輕質(zhì)化技術(shù)為國際首創(chuàng)，煤制烯烴、煤制芳烴、低溫費托合成、煤制乙二醇以及煤油共煉技術(shù)皆處于國際領(lǐng)先。另外，示范或生產(chǎn)裝置運行水平也不斷提高。例如，以寧煤400萬噸/年為代表的百萬噸級煤間接液化項目實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行;陜西未來能源采用自主開發(fā)高溫流化床費托合成關(guān)鍵技術(shù)，大大豐富和改善了煤制油產(chǎn)品方案，其10萬噸級高溫費托合成工業(yè)示范裝置取得成功;數(shù)十套50~60萬噸/年用大連化物所研發(fā)技術(shù)的MTO項目在全國實現(xiàn)了商業(yè)化運行;年產(chǎn)50萬噸的煤制乙二醇裝置實現(xiàn)了滿負荷穩(wěn)定運行。

與此同時，一批先進煤氣化技術(shù)正向大型化、長周期邁進。延長石油開發(fā)出雙流化床超大型粉煤氣化技術(shù)、粉煤熱解氣化一體化氧氣氣化技術(shù);中科院上海高等研究院等合作開發(fā)的二氧化碳甲烷多重整制合成氣關(guān)鍵技術(shù)，對緩解能源危機和減少二氧化碳排放具有重要意義。

按照國家確定的現(xiàn)代煤化工有序發(fā)展基調(diào)測算，在規(guī)模和項目投產(chǎn)率適中的情況下，2020年煤制石油替代效率有望提升至75%，降低石油依存度1.8個百分點;煤制天然氣替代效率有望提升至67.4%，降低天然氣依存度2.6個百分點。

現(xiàn)代煤化工可實現(xiàn)煤炭清潔高效利用

煤炭是我國基礎(chǔ)能源和重要工業(yè)原料，長期以來國家高度重視煤炭清潔高效利用。而作為我國特色化工產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代煤化工，是清潔能源和石油化工的重要補充，同時也是煤炭清潔高效利用的重要途徑。

中國工程院副院長、院士謝克昌指出，基于我國當前能源結(jié)構(gòu)與供給關(guān)系，使得發(fā)展現(xiàn)代煤化工勢在必行。煤炭雖然是化石能源，但完全可以實現(xiàn)清潔高效利用，而實現(xiàn)了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源，現(xiàn)代煤化工是煤炭清潔高效利用的有效途徑。

對于現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的清潔化發(fā)展，謝克昌提出要以環(huán)保標準為優(yōu)先考慮因素，建立綠色現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)體系，同時要發(fā)展高效污染物脫除技術(shù)、多污染物協(xié)同控治技術(shù)、廢水零排放技術(shù)以及“三廢”資源化利用技術(shù)。另外，還要加快制定科學完善的現(xiàn)代煤化工清潔生產(chǎn)標準與相關(guān)環(huán)保政策，綜合考量大氣環(huán)境、水環(huán)境與土壤環(huán)境后科學布局現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，建立現(xiàn)代煤化工項目審批、全過程監(jiān)管以及后評價的清潔生產(chǎn)管理體系。

國家能源集團總經(jīng)理助理張繼明向筆者介紹，現(xiàn)代煤化工由于原料稟賦帶來的高水耗問題長期被業(yè)內(nèi)外所詬病，一度成為阻礙行業(yè)發(fā)展的最大難題，如今項目水耗不斷降低，目前已做到低于全國工業(yè)行業(yè)平均水平，比如國家能源集團寧煤煤間接液化項目的噸油水耗從12噸降至6~7噸，60萬噸/年煤制烯烴項目噸產(chǎn)品水耗由設(shè)計值36.5噸降至20噸以下。另外，國家能源集團鄂爾多斯煤制油公司總經(jīng)理王建立告訴筆者，公司將經(jīng)過凈化處理的煤礦疏干水用于煤直接液化生產(chǎn)，實現(xiàn)了煤直接液化先期工程工業(yè)水源替代。在保護地下水資源的同時，解決了煤礦疏干水的綜合利用難題。而且，公司集成采用先進的污水處理工藝，摸索出“清污分離、污污分治、分質(zhì)回用”的治理方法，噸油水耗由設(shè)計的10噸降到6噸以下，可以說煤制油是水耗極低的煤化工項目。

新時代現(xiàn)代煤化工面臨諸多問題與挑戰(zhàn)

毋庸置疑，近年來我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展一枝獨秀，異軍突起，取得了舉世矚目的驕人業(yè)績，但同時也面臨著嚴峻的問題和不容忽視的挑戰(zhàn)。

首先是戰(zhàn)略定位不明確，這是阻礙煤化工行業(yè)的重要因素。謝克昌院士認為，當前社會上一些觀點對煤炭是中國能源支柱存在認識誤區(qū)，同時對現(xiàn)代煤化工可以清潔高效部分替代石油化工等認識不到位，對中國煤化工的戰(zhàn)略定位一直未能清晰明確。因此，必須盡快明確現(xiàn)代煤化工的戰(zhàn)略地位，切實將煤炭綠色高效開發(fā)作為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的立足點和首要任務(wù)。

二是面臨國內(nèi)外石油化工業(yè)的激烈競爭沖擊。近年來，我國在沿海地區(qū)布局了比較大型的煉化一體化大型項目，這些項目的快速發(fā)展使得石油化工與煤化工產(chǎn)品交叉重疊，必然造成更加激烈的市場競爭。不少民營企業(yè)主動從下游向上游延伸，打通原油加工、化工產(chǎn)品到紡織品的全產(chǎn)業(yè)鏈，包括“三桶油”在內(nèi)的央企也打破生產(chǎn)油品的傳統(tǒng)模式，積極向下游高附加值的化工品延伸;國際石油、石化巨頭也在搶灘中國市場，建設(shè)具有世界領(lǐng)先水平的高端煉化一體化項目。因此，對于現(xiàn)代煤化工來說，只有闖出一條可以與石油化工媲美的新路徑，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

三是國際石油價格與供應(yīng)、資源配置與稅收、信貸融資與回報、環(huán)境容量與減排等，對現(xiàn)代煤化工也有著不可估量的影響。如果在某一時段和特定區(qū)域，這些因素疊加影響將增量放大。因此，優(yōu)化外部環(huán)境是發(fā)揮現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)比較優(yōu)勢、提升競爭力的重要條件。

四是要充分體現(xiàn)成本與特色優(yōu)勢。隨著大煉化時代到來，我國石油化工產(chǎn)品產(chǎn)能已滿足市場需求，部分產(chǎn)品還存在明顯過剩，規(guī)模小、成本高、同質(zhì)化的“落后”產(chǎn)能勢必被淘汰。與新建的大型煉化一體化項目相比，煤化工并不占優(yōu)勢。后者單位產(chǎn)能投資大，是石油煉化單位產(chǎn)能投資強度的5～10倍;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，現(xiàn)有項目因規(guī)模限制，只能生產(chǎn)1～2個主產(chǎn)品，缺乏差異性、獨特性。張繼明指出，類似石油煉化千萬噸級一體化基地，在煤化工領(lǐng)域至少需投資1000億以上，這種成本壓力一般企業(yè)是很難支撐的，也是無法做到的。另外，在當前條件下，現(xiàn)代煤化工亟需找準行業(yè)定位，要加快補齊短板，彌補自身缺陷與不足，根據(jù)自身特點比選產(chǎn)品、降低成本，耦合技術(shù)路線、優(yōu)化系統(tǒng)，形成自身特色。

五是從技術(shù)上還要實現(xiàn)新突破。中國的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)在共性關(guān)鍵技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)和顛覆性技術(shù)上都有待創(chuàng)新和突破。謝克昌院士指出，必須實現(xiàn)技術(shù)的顛覆性才能有效促進能源的低碳轉(zhuǎn)型，而部分重大裝備、重要材料上的不足也在制約中國煤化工進一步發(fā)展，必須加快技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)技術(shù)進步。

總之，我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展到今天，已經(jīng)形成對石油和其他石化產(chǎn)品的有效替代，這也是我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展的重要方向。在原料和路線的選擇上，要高度重視低階煤的清潔高效利用。另外，要進一步加強頂層設(shè)計，以現(xiàn)代化、大型化、分質(zhì)聯(lián)產(chǎn)化、多原料化、標準化和智能化的理念，按照“能源發(fā)展替代互補與化工產(chǎn)品高效高值”的思路，“高效利用、耦合替代、多能互補、規(guī)模應(yīng)用”的路線，大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工，實現(xiàn)對煤炭的清潔高效利用。(作者：國家能源局中電傳媒能源情報研究中心研究員 張立寬)