新型煤化工持久战

中国是产煤大国,对煤炭的综合利用也是提升我国能源供给水平的重要途径.其中煤化工通过将煤炭进行化学加工转化为不同形态的能源或化工产品,已经成为延长煤炭产业链、增加产业附加值的重要纽带.

在过去三十多年中,我国传统煤化工产品结构愈发不合理,综合经济效益也逐渐下降.而随着煤炭市场的动荡和煤炭的低迷,寻找煤炭能源体系的“升级”就成为当务之急.而在这个过程中,新型煤化工则为我国煤炭资源的合理开发提供了新的途径,并为煤化工的产业升级找回了应有的自信.尽管转型之路倍加艰辛,但新型煤化工解决结构性矛盾的应用趋势已经势不可挡.

传统煤化工产能严重过剩

煤炭走进中国人的生活已经有3000年以上的时间.直到现在,煤炭依然是我国很多地区的主要燃料,而在许多煤炭资源丰富的地方,煤炭更是当地经济发展和腾飞的支柱.相关数据显示,目前我国煤炭消费分类占比是：发电用煤51%,钢铁行业消费16%,建材行业11%,化工用煤约5%,其他行业及居民生活消费11%.从某种程度上说,煤炭是我国经济赖以正常运行的重要保证之一.

然而,煤炭并不是只能从燃烧中获得能量和价值.煤炭的价值还体现在它可以转化为多种化工产品.也正是如此,煤炭的化工利用也早早地成为关注的焦点.其中在上世纪80年代,我国就开始着手煤化工的研究与应用.传统煤化工主要包括焦炭、电石、合成氨等领域.在我国,煤炭焦化是最早且至今仍然使用的方法,其主要目的是制取冶金用焦炭,同时产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃；此外,煤的其他直接化学加工,包括焦油加工和电石乙炔化工,以及生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等,仍有小规模的应用.

不过随着石油化工技术的升级,传统煤化工日益衰微.比如曾一度是亮点的焦炉煤气加工行业,现如今也因市场疲软,陷入难以继续发展的困境.由于国内传统煤化工技术低下,综合经济效益日渐下降.虽然仅有个别企业和石油化工联系密切,产品多样新颖,发展状况较好,但仍然存在产能过剩,竞争加剧的难题.

中国石油和化工行业联合会副会长周竹叶表示,淘汰落后产能成为传统煤化工结构调整的必然,传统煤化工中焦炭、电石等项目重复建设严重,产能过剩30%.所以从总体上看,传统煤化工产能严重过剩,对其进行结构调整是发展的必然趋势.2009年,全国焦化行业关停淘汰落后小（老）焦炉产量近2300万吨,新建投产焦炉产能约3700万吨,目的是实现以自动化、大型化、清洁环保化的大中型焦炉产能对落后产能的置换,传统煤化工的改造也日益成为煤炭产区重点的工作之一.

而随着风电、光伏、水电、核电、燃气发电等其他电源加快增长,煤电和发电用煤需求增长也在受到抑制.从2012年开始,告别了煤炭产业的“黄金十年”,全国煤炭行业陷入困境.随着煤价大幅回落,我国产煤大省的煤老板们也开始思考煤炭产业的去向.在这种情形下,人们不禁要问,传统的煤炭初加工生产模式已经难以为继,拥有煤炭资源优势的众多地区和企业该如何实现化工产业的转型升级?

新型煤化工：今后20年的重要发展方向

煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料及化学品,生产出各种化工产品的工业.据了解,煤化工包括传统煤化工和新型煤化工.传统煤化工包括煤焦化、生产煤电石、煤合成氨（化肥）等,产品附加值较低；新型煤化工包括煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇和煤制油等,产品附加值较高,并将在我国能源可持续利用中扮演重要角色,是今后20年的重要发展方向.

那么传统煤化工和新型煤化工究竟有什么区别和联系呢?

在2013年亚洲石化科技大会上,中国石油和化学工业规划院副院长白颐介绍,现代煤化工和传统煤化工既有区别又密切联系,传统煤化工生产石化产品,现代煤化工则正在朝清洁能源和石化产品并重方向发展.现代煤化工以传统煤化工为基础,在规模和技术水平上有了大规模提升,现代煤化工产业发展将带动传统煤化工转型升级.

从其技术延展来看,新型煤化工拓展了原有的煤炭焦化、煤气化——合成氨——化肥的传统煤化工技术路线,向着煤炭液化、煤炭气化、煤制甲醇、煤制烯烃等技术,以及集煤转化、发电、冶金、建材等工艺为一体的煤化联产和洁净煤技术方向发展.

具体来说,新型煤化工是以煤炭为基本原料,以化工技术为基础,以国家经济发展和市场急需的产品为方向,采用高技术,优化工艺路线,充分注重环境友好,有良好经济效益的新型产业.新型煤化工以煤气化为基础,合成各种替代石油、天然气的清洁燃料和化工产品,目前主要产品路线有煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制二甲醚等.

而除了环境友好和良好的经济效益,我国发展新型煤化工还有一个深层的原因,就是我国的煤炭能源的战略安全选择.

从上世纪70年代出现了两次石油危机开始,让很多国家都开始思考如何来减少对石油的依赖,包括我国在内的许多国家都开始了寻找替代燃料的历程.

经过了约20年的实践论证,美国各州先后推广使用10%～15%的甲醇汽油,欧洲则将一部分精力转向了核能等新型能源.此外,欧洲和美洲在乙醇燃料和生物燃料领域迅速占据了有利位置.然而,受制于技术能力和经济发展的巨大需求,我国却一直没有找到合适的石油替代燃料.虽然国家加强了能源开发和能源消费总量控制,并且积极推进国际能源合作,推动建立国际能源新秩序,但从80年始,随着我国经济的腾飞,我国石油消费开始快速增长,进口量也随之快速攀升.

据统计,我国石油对外依存度由2000年的27%飙升到2012年的57%.专家预计2020年有可能超过80%,以石油安全为核心的能源安全问题日益成为制约经济社会发展的瓶颈.而进入2013年,形式又发生了变化.美国能源信息署（EIA）公布数据显示,美国和中国在9月份石油日净进口量分别为624万桶和630万桶,中国已超过美国成为世界最大的石油进口国.据美国媒体赫芬顿邮报报道说,目前中国国内的石油资源,包括东北的大庆油田已经远不能满足中国对石油的需求,这迫使中国更加依赖进口.而从国家能源安全的角度考虑,我国的石油进口约有3/4来自中东和非洲,运输途中需要经过马六甲海峡,在国际政治形势不稳定时,安全性面临较大的考验.随着中东地区局势的不稳,特别是美国和伊朗的对抗和冲突,随时可能对国际油价造成负面影响.

正是在这样的背景下,在加强国内石油生产和节约的同时,采取有效的石油替代措施就成为国家的一种战略需求.鉴于我国丰富的煤炭资源储备和具体国情,发展煤制油和煤制烯烃等新型煤化工,实现石油的煤基替代具有很大的发展潜力.

业内专家表示,发展新型煤化工一方面可以将新型煤化工产品直接或间接替代石油、天然气,另一方面,按照煤种以及煤质特点的不同可利用不同的煤转化高新技术,同时在能源梯级运用、产品构成模式上进行不同工艺的集成结合,形成完整的体系.比如,目前新型煤化工下游产品中除二甲醚需求前景不明朗之外,其他国内新型煤化工产品如天然气、乙烯丙烯、芳烃、乙二醇等对外依存度均较高.所以发展新型煤化工的市场空间非常大.

但有专家也表示,煤化工产业发展的基调是有序发展新型煤化工,推进示范项目升级,在技术成熟、经济可行的前提下进行产业化推广.未来10年,煤化工产业产能年化增长率达30%以上,将撬动万亿化工工程及设备市场.而新型煤化工产能建设完成后将极大的改变煤炭需求结构,2020年煤炭需求3.6亿吨,需求占比接近10%.

需要技术与人才的双重支撑

现代煤化工是多种技术力量和高技术劳动力支撑下发展的产业.目前我国煤化工处于发展初期,所以更需要技术与人才的双重支撑.但是在目前的情况下,由于缺少相关技术储备以及高质量的技术工人已经给很多项目建设运行造成伤害.比如内蒙古在现代煤化工示范装置建设和运行中,出现过不少的事故,除了客观原因之外,很多是人为事故,反映出的问题就是人才短缺.

资深煤炭专家李朝林就对此深有同感,“新型煤化工属于技术、人才密集型产业.当前,许多现代煤化工技术仍处于示范阶段,实现大规模工业化还需要一个过程,需要大量研发、设计、施工、生产、运营等多方面的高素质人才.但是,目前从事煤化工技术研发以及工程应用的人员,大多是从石油化工等其他技术领域转行而来.因此,高素质人才缺乏也是对新型煤化工产业发展的一个严峻挑战.”

而同煤集团塔山循环经济园区管委会相关负责人也对工作人员技术经验不足表示了担心.“GSP干煤粉气化装置系统是目前世界上最先进的煤化工技术装置之一,在煤制烯烃项目中的应用尚属世界首例.这项技术在实验室数据分析中具有设计理念先进、煤种适应性强、技术指标优越、自动化水平高等特点,但实际应用中却暴露出了煤粉流量波动大、管道设备易磨损、粗煤气带灰含量高等问题,这是由于工艺技术上的不成熟和设计上的缺陷所导致的.”张玉柱说,虽然经过了近3年的磨合,目前神华宁煤集团煤化工分公司对GSP气化技术、MTP技术等装置的掌握依然不够全面,缺乏系统性,技术人员驾驭大型煤化工装置的经验不足,安全生产依然面临严峻的挑战.

而为了解决人才严重短缺问题,有许多煤化工企业似乎找到了有效的解决方法.“我们与上海的一家化工企业合作,将一些化工方面的技术和管理工作外包了出去.事实证明这样做的效果很好,不但弥补了煤炭企业煤化工人才的不足,还节约了技术攻关和培训费用,实现了装置的安全稳定运行及产能最大限度的释放.”陕西煤业化工集团神木煤化工公司规划部主任赵社库说,但相关技术人才短缺的阴影却始终存在.

此外,我国新型煤化工产业仍面临很多技术难题,新型煤化工要求低能耗、低排放、低污染、高效能,这需要加大技术攻关力度.比如目前我国煤化工的三废（废液、废气、固体废弃物）处理技术尚不十分完善,项目污染的现象还时有发生.一些产业链延伸项目的技术开发方面也没有成熟,在实施过程中还面临着较大的不确定性.比如煤炭地下气化技术,虽已证实技术和工程可行性,但技术尚不成熟,存在一系列有待解决的问题,比如气化过程很难控制,冒顶可能严重干扰气化过程,使地下水进人气化带,烟煤加热膨胀产生塑性变形,会阻塞气化通道,以及煤气中的固体颗粒和焦炭会堵塞和腐蚀管道等.

神华鄂尔多斯煤制油项目,从开始设计建设至今稳定运行经历了近10年,但是现在仍然没有达到设计产能,其设计产能是各类油品108万吨,2012年实际产量是86.5万吨.而且,其经济核算的原料煤是神华集团自产最适合煤制油生产的优质煤,也是内部调配价.因此,现在众多地方和企业想简单地复制成功经验十分困难.“就煤制油这一最热门的煤化工项目来说,在世界范围内,还没有完全成熟的科学技术和工业化发展的成功经验.”卓创资讯分析师李训军说.

能源科技创新具有战略性、公共性、前瞻性和系统性等特点,需要持续高水平投入以及超前部署.正因为我国在技术和人才培养方面的欠账,很多专家建言我国在新型煤化工产业领域应及早部署并重点开展煤电化一体化发展模式,掌控拥有自主知识产权的关键技术和装备制造技术,以降低投资和运营成本,发展差别化和高附加价值产品,从而全面提升我国现代煤化工的竞争力.

需要开展更高水平的技术示范

今年3月份以来,我国已有10个新型煤化工项目陆续获得国家发改委的“路条”,包括5个煤制天然气、4个煤制烯烃和1个煤制油项目.而这些项目,从规模而言,已经相当巨大.据计算,其中5个煤制天然气项目,按每个投资为200亿元计算,共达1000亿元；4个煤制烯烃项目,按每个项目投资额200亿元计算,4个项目总投资将达800亿元；1个煤制油项目的投资预计为300亿元,这10个煤化工示范项目的总投资约2000亿元.“这么大的投资,‘十二五’都干不完,肯定要延续到‘十三五’.”中科合成油工程有限公司技术顾问唐宏青表示.

有学者认为,目前建成的现代煤化工项目大部分是国家确定的示范工程,均采用了世界先进工艺技术和装备,但这些工艺技术仍处于试验阶段,需要改进和完善,国内还没有现代煤化工设计规范标准,只能借鉴石油化工设计规范.设计和生产中出现的许多问题,包括关键设备和工程化等,尚需经过工业示范长期运行才能逐步改进、完善、成熟.也就是说这些示范工程需经过多年的反复实践,才可能攻克各类工艺、技术、设备等难关,完全达到技术上的成熟和经济上的可行,有待时间考验.石油和化学工业规划院无机化工处处长李志坚表示,《煤炭深加工示范项目规划》（以下简称《规划》）共涉及15个项目,这10个获得“路条”的示范项目都是《规划》中的项目.尽管目前《规划》尚未正式发布,但获得“路条”的示范项目都正按照国家的要求稳步推进.“2010年以来,经过长期调研和沟通,国家和地方政府及有关企业现已基本统一认识,‘十二五’到‘十三五’期间要开展更高水平的技术示范.”李志坚说.

而要开展更高水平的技术示范,无疑要解决的问题包括资源和环境承载能力的可控性.李志坚也强调,国家对煤化工的发展一直是严格控制的,政策是延续的,只鼓励新技术的开发,从未提过要大规模产业化建设.国家对新型煤化工的认识曾经存在不同的意见,通过大量调研工作,现在形成的统一认识是新型煤化工尚不具备大规模发展的条件,仍处于技术示范阶段,要在“十二五”到“十三五”期间开展更高水平的技术示范.

可以看出,国家在发展煤化工上持谨慎态度.比如在煤化工的高能耗、高耗水量等环境问题没有彻底解决之前,国家一直在紧盯着这方面的技术改进.2013年1月,国家环保部对神华煤制烯烃项目不符合环保要求进行了行政处罚；内蒙古伊泰煤制油二期项目由于国家发改委没给“路条”,近期也在苦苦等待国家“放行”.这些事件的背后,折射出国家对于现代煤化工项目放大问题上的顾虑和慎重.的确,一哄而上的结果,不仅浪费资源,而且会出现技术和成本不过关的“烂尾工程”,甚至可能出现重蹈覆辙的产能过剩局面.

所以,尽管附加值和技术要求较高的“煤制天然气、煤制烯烃、煤制油和煤制醇醚”等新型煤化工一直供不应求,目前依然离大规模发展还很远.

此外,关于水资源的调配问题也让众多发展现代煤化工的地区领导头疼.现代煤化工项目均是耗水量特别巨大（以煤液化制油为例：每生产一吨成品油,直接液化耗水5-6吨,间接液化耗水8-12吨）,重点发展现代煤化工又严重缺水的地区,“抢水”现象已经显现.“我们这里没有水,发展煤化工项目要从几公里外的白杨河将水引过来,建成水库,预计水库库容为4463万立方米,输水隧道全长1220米.”江苏徐矿集团新疆塔城赛尔能源公司负责人说.陕西投资上百亿人民币投资建设引汉济渭工程,从陕南的汉江引水至关中属于黄河支流的渭河,以置换陕北地区黄河用水指标；内蒙古则建立起水权交易制度,引导企业投资农业灌溉节水系统,将节省出的农业用水置换为工业用水.毫无疑问,用水指标紧张的地区,如果继续跟进用水量大的项目,水的供求矛盾将会更加严峻.因此,国家有关部门需要根据各地可供开发利用的水资源数量来合理规划煤化工项目.

产业发展既需要规模,又需要质量,如何形成规模化优势、在竞争中持续发展,避免低水平重复建设带来的恶性竞争,这是国家和地方政府产业管理职能部门要面对的瓶颈问题.调整煤化工的行业布局,整合企业推动规模化发展,既需要市场化手段,又需要行政管理体制方面的突破.

因此,新型煤化工产业建设要走上科学发展轨道,既需要国家和地方政府层面的积极正面引导,适时调整产业发展策略,严格执行准入政策,防止低水平建设,切实保证现代煤化工产业的先进性、竞争力和可持续发展,又需要地方和企业保持清醒头脑,看清进入行业的难度和市场形势,加强自律,从自身实际出发做出科学决策.所以,尽管新型煤化工为我国煤炭资源的合理开发提供了新的途径,并为煤化工的产业升级找回了应有的自信,但是新型煤化工带动煤炭产业转型发展,依然是一场持久战.