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中國的資源稟賦是油、氣短缺,煤炭相對豐富。中國煤炭工業協會統計數據:2007年,全國煤炭產量25.23億t;2008年,產量為27.16億t,同比增加1.93億t,同比增長7.65%。2007年我國原油產量18665.7萬t,2008年原油產量達1.89億t,海關總署統計數據:2008年我國凈進口油品近2億t,其中原油進口17472萬t,成品油進口2182萬t,原油對外依存度已達48.5%,逼近50%的警戒線水平。2007年,我國天然氣產量693億m3,進口量39億m3,表觀消費量732億m3;2008年,天然氣產量達761億m3。據中國煤炭工業協會預計,2010年我國煤炭需求量將達30億t以上;另據有關資料介紹,2009年至2011年的3年內,我國原油目標產量分別是1.92億t、1.96億t和1.98億t;天然氣目標產量分別為860億m3、1050億m3和1200億m3。在我國這樣一個煤炭資源大國,其主要化工產品完全由石油作原料生產是不現實的。盡管我國煤化工產業的發展目前面臨一系列問題,例如結構不合理,行業的中小企業較多而大型現代化高新技術企業較少;布點太多,造成產業結構雷同;產品附加值較低,有些后續應用技術沒有跟上等,但發展煤化工符合我國國情,且國家政策總體上持支持態度。

一、我國煤化工現狀及分類

(一)我國煤化工現狀

我國煤化工發展速度相對較慢,同世界先進水平相比,我國的煤焦油工業較落后,主要表現為設備加工能力小,工藝水平低,產品品種少,能耗高,環境污染嚴重等。造成這種現象的主要原因是煤焦油分散加工,形不成規模。目前上海正著手籌建國內一流的煤焦油蒸餾裝置,必將大大提高技術水平和生產能力。代表煤化工技術水平的煤氣化技術也落后于一些發達國家。我國是一個農業大國,合成氨產量居世界第一,無煙煤或焦碳合成氨的生產能力約占全國合成氨生產能力的65%左右,但生產工藝落后,能耗高,污染嚴重。我國甲醇的現有生產能力為300萬t/a,其中規模最大的裝置有上海太平洋集團公司以煤為原料的生產裝置,年產20萬t甲醇;齊魯石化公司第二化肥廠引進的10萬t/a生產裝置。其余的裝置年生產能力為幾千噸到幾萬噸不等,且技術落后、規模小、能耗高。另外,以煤為原料合成碳酸二甲酯、甲酸甲酯等可望實現工業化。

(二)分類

1.傳統產品領域

要對與石油化工路線相比具有比較優勢的煤化工的產品領域大力進行技術改造,并促使企業改制、改組,設法做強做大,增強國際競爭力。加大產品結構的調整力度:對與石油化工路線相比具有劣勢的產品領域宜加速淘汰、關閉或轉產;降低高能耗煤化工產品在行業的比重,收緊、縮減高能耗產品的出口;限制和淘汰一批能耗高,污染重的企業。

2.能源替代品

這一部分是煤化工的潛在市場,市場前景廣闊是發展的重點。以煤制油(直接液化、間接液化)。甲醇的主要潛在市場是作燃料:燃料甲醇(摻燒或全燒);甲醇轉化為二甲醚(替代液化石油氣和柴油)中型燃氣輪機發電的燃料;燃料電池;甲醇制烯烴(MTO);甲醇制丙烯(MTP)。

二、現代煤化工產業技術發展的方向

傳統的煤化工技術包括焦油化工、煤合成氣化工及電石乙炔化工等等。煤的氣化技術在煤化工的發展中占有重要的地位,先進的催化合成技術、分離技術、生物化工技術、節能減排技術、環保技術與大型工業裝備制造技術是現代煤化工的發展基礎,新型煤化工技術就是以煤氣化為龍頭組合應用現代先進的化工生產技術,生產可替代石油的潔凈能源和各類化工產品為成品油、甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等,進而發展為煤氣化技術為核心的多聯產系統。已經形成煤炭——能源——化工一體化的新興產業。

世界上目前擁有的新型煤化工技術主要有——煤氣化技術,以煤為原料生產甲醇的技術,煤路線合成烴類的技術。最令人關注的是煤制油合成氣生產烯烴的技術,IGCC技術在國外也是煤氣化技術發展的一個熱點。我國從上世紀80年代起開始引進國外煤氣化技術,但國產化的煤氣化技術與國外相比還有較大差距,可以預見以生產可替代石油的潔凈能源和化工產品為主的現代煤——能源——化工一體化產業,即將在我國興起并得到可持續發展。

現代煤化工是屬于技術密集型和投資密集型的產業,應采取最有利于提高經濟效益的建設及運行方式。現代煤化工的發展要堅持一體化、基地化、大型化、現代化和集約化,真正轉變經濟增長方式。

堅持一體化。就是把大型煤化工裝置和煤礦結合起來(當然亦可以采取煤—電—化一體化聯產模式)。把煤氣化裝置建在礦上(或臨近礦區),力求減少煤炭運耗及費用,實施資源優化配置,合理使用煤炭資源(按煤質資源優質優用,劣質劣用,各得其所)。只有形成煤化工與煤礦一體化的利益機制,才能減少日后的價格、運輸和布局的風險。

堅持基地化。化學工業內在的固有特性適宜于綜合利用和深加工。基地是企業群體的集稱。基地內集中布置相關企業,可以充分、高效、合理利用各種資源,提高資源配置效率和效益,發揮企業的集聚效應。總之,煤化工發展實施基地化布局最重要的目的是實施以市場為基礎的高度資源優化配置,謀求集約化經營。

堅持大型化、現代化。只有采用一流的技術、一流的設備、一流的管理,建設大型規模效益的裝置才能形成一流的煤化工基地,謀求跨越式發展,具備國際競爭力。煤化工如不具備國際競爭力,則無法忍受國際油價波動,和經濟全球化帶來高度的市場競爭的沖擊。

由于煤本身的固有的特性(碳多氫少,礦物雜質多,固態且難以溶化、溶解等),要把從不清潔的能源轉為清潔的化工原料,所經過的流程長、環節多、技術要求高、難度大,因而必然導致投資大。煤化工的投資高亦是發展的制約因素之一。為此,一方面應積極采用先進技術,發展規模裝置,謀求減少單位投資成本,另一方面依靠優質低價煤的穩定供應以及先進的節能降耗技術,謀求降低生產原料成本。經濟效益是考核煤化工能否發展的最基本因素之一。

三、新型煤化工

新型煤化工是以煤炭為基本原料(燃料),C1化工技術為基礎,以國家經濟發展和市場急需的產品為方向,采用高技術,優化工藝路線,充分注重環境友好,有良好經濟效益的新型產業。它包括了煤炭液化(直接和間接),煤炭氣化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烴等技術,以及集煤轉化、發電、冶金、建材等工藝為一體的煤化聯產和潔凈煤技術。其中煤炭焦化、煤氣化-合成氨-化肥已經是我國主要的煤化工產業,隨著科學技術的快速發展和市場的巨大需求,煤炭焦化、煤氣化-甲醇、煤制油、烯烴及下游化工產品也得到了快速發展。新型煤化工實際上是建立在傳統煤化工基礎上的,與傳統煤化工密不可分。其特點如下。

(一)以清潔能源為主要產品。新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工產品為主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、電力、熱力等以及煤化工獨具優勢的特有化工產品,如芳香烴類產品。

(二)煤炭-能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術發展的戰略方向,緊密依托于煤炭資源的開發,并與其它能源、化工技術結合,形成煤炭-能源化工一體化的新興產業。

(三)高新技術及優化集成。新型煤化工根據煤種、煤質特點及目標產品不同,采用不同煤轉化高新技術,并在能源梯級利用、產品結構方面對工藝優化集成,提高整體經濟效益,如煤焦化-煤直接液化聯產、煤焦化-煤氣化合成聯產、煤氣化合成-電力聯產、煤層氣開發與化工利用、煤化工與礦物加工聯產等。同時,新型煤化工可以通過信息技術的廣泛利用,推動現代煤化工技術在高起點上迅速發展和產業化建設。

(四)建設大型企業和產業基地。新型煤化工發展將以建設大型企業為主,包括采用大型反應器和建設大型現代化單元工廠,如百萬噸級以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯產系統等。在建設大型企業的基礎上,形成新型煤化工產業基地及基地群。每個產業基地包括若干不同的大型工廠,相近的幾個基地組成基地群,成為國內新的重要能源產業。

(五)有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利用,如高硫煤或高活性低變質煤作化工原料煤,在一個工廠用不同的技術加工不同煤種并使各種技術得到集成和互補,使各種煤炭達到物盡其用,充分發揮煤種、煤質特點,實現不同質量煤炭資源的合理、有效利用。新型煤化工強化對副產煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。

(六)經濟效益最大化。通過建設大型工廠,應用高新技術,發揮資源與價格優勢,資源優化配置,技術優化集成,資源、能源的高效合理利用等措施,減少工程建設的資金投入,降低生產成本,提高綜合經濟效益。

四、對發展新型煤化工產業關鍵技術的建議

(一)煤炭液化技術

無論是引進技術還是自主開發,建設煤直接液化或間接液化工廠都需要國內有大量技術配套方面的研究和工程。另外,一次性投資較大也是其共有的特點。因此,現階段國家部署在少數條件適合的企業和地區進行工程化和商業化示范項目,可以在技術開發、工程化推進以及商業化運作等方面積累豐富的經驗,為今后大規模產業化發展奠定扎實的基礎。同時,開發具有自主知識產權的煤液化技術也是當前和未來幾十年產業化持續發展的客觀需求。目前,國內擬建的煤液化項目多采取跨行業、多元化聯合投資和多渠道融資的方式解決資金籌措問題,這是今后煤液化項目建設的發展方向。

(二)甲醇和二甲醚合成技術

目前,國內已經建設或擬建設的甲醇生產項目很多,據不完全統計,新上項目的總生產能力不低于1000萬t/a。國外的研究認為,甲醇和二甲醚作為代用發動機燃料(不是少量摻燒),到達用戶的全成本大于煤基合成油(煤間接液化),同時二甲醚代替柴油也有相關技術問題需要進一步研究。因此,今后新建甲醇、二甲醚工程項目應充分重視市場需求和供求變化。

(三)煤炭焦化

新建煤炭焦化工程項目應立足煤炭企業原料煤特點,采用大型焦爐和能夠提高焦炭質量的先進技術以及必要的環保技術,以應對未來優質煉焦煤不足、焦炭市場變化和日益嚴格的環保政策帶來的更加激烈的競爭。

(四)煤化工多聯產

煤液化、煤基甲醇、二甲醚、煤炭焦化等煤化工技術在單元工藝(如煤氣化和氣體凈化)、中間產物(如合成氣、氫氣)、目標產品等方面具有很大的互補性。研究表明,將不同的工藝(包括產品再加工,如甲醇制取醋酸等)進行優化組合實現多聯產,并與尾氣發電、廢渣利用等形成綜合聯產,有利于降低工程項目的建設投資及目標產品的平均生產成本,提高整體項目的經濟性和抗風險能力。因此,多聯產是煤炭企業今后發展大型煤化工和能源綜合產業的技術方向。

總之,我國發展新型的煤化工產業要因地制宜,學習世界的先進經驗和技術,形成多元化的產品鏈條,增強自身發展能力和發展后勁。在發展重點上,要適應市場需求,創造名牌產品,增強市場競爭能力,確立煤化工在世界化工行業中的地位和作用。