全球新型煤化工產業發展

長期以來，煤炭一直被用作化工生產的原料。Ludwig Mond博士19世紀申請專利的煤炭氣化過程產生爐煤氣、煤焦油和氨。自19世紀以來，煤焦油就是有機化工產品的一個主要來源。可以說，煤炭在化工行業中的歷史實際上遠遠超過石油和天然氣。然而，隨著豐富的低成本石油和天然氣可以相對容易地被轉換為化工產品，大多數化工生產放棄以煤炭作為原料。

現在，全球能源和化工產品的需求激增，石油和天然氣價格上漲，而隨著能夠大規模低成本的煤化工新技術的出現，使得由煤炭制造化工制品變得越來越有競爭力。同時，全球豐富的煤炭儲量，加上煤炭儲量豐富的國家提出減少對進口石油依賴的戰略，使得煤炭再次被視為化工生產的原料，從而驅動了新型煤化工產業的發展。比如在中國、美國和印度，將煤炭作為化工原料的潛力是最大的。不僅因為這些國家擁有全世界大約一半的煤炭儲備總和，還因為他們正面臨日益減少的石油和天然氣的國內供應，需要尋求降低對國外資源的依賴。其結果是，他們正在探索新型化工產業，例如使用煤氣化來制造甲醇，并使之轉換成乙烯和丙烯，這二者是今天化工行業的主要原料。

關于如何最佳利用煤炭資源，將是一個持久的辯論。顯然，熱能和電力將會最引人注目，但越來越多地將煤轉換為化工制品的新型煤化工也將是一個相當有吸引力的選擇。

本文通過介紹新型煤化工產業的供應鏈、發展挑戰、運作現狀及未來發展，讓讀者全面了解全球新型煤化工產業。

新型煤化工產業供應鏈

煤化工產業可以被分為傳統煤化工產業和新型煤化工產業。前者主要包括合成氨、焦炭、電石和其他子產業的生產；而新型煤化工產業通過煤氣化或直接液化，不僅可以發電，還能生產合成氨、天然氣以及石油替代品，包括乙二醇、燃油和烯烴等，這與產能過剩的傳統煤化工產業有本質的區別。它涉及能量轉換的應用，因此在能源戰略中具有重大意義。同時，新型煤化工產業的興起會讓能源和建筑工程公司受益，尤其是建筑工程公司，它們在最初幾年的受益會更加明顯。

在“煤制x”的過程中，煤制化工品可能是最穩定的。首先，這一過程有利可圖。許多化工制品是高價值的產品，而煤炭氣化可以使用價格相對低廉的煤來生產它們。當石油價格高于60美元/桶時，從項目經濟學的角度來看，新型煤化工完全可行。雖然目前國際石油價格連續下跌，WTI原油價格已經由2013年9月初的大約110美元/桶跌到了2013年11月中旬的大約94美元/桶，但這仍然大大高于60美元/桶，也就為發展有成本競爭力的新型煤化工產業，并實現石油資源的補充和部分替代提供了良好的機遇。其次，煤制化工品可靠。目前煤制化工品技術正經歷著巨大的市場增長，充分顯示了對這一技術的信心。比如在中國，經濟的快速增長已經引發了一批煤化工設施的建設。根據美國國家能源技術實驗室的統計，到2012年9月，中國有34個這樣的設施在運作中。

煤炭通過氣化生產的化工制品已經開拓出了其在化工制品中的市場份額，比如全球有9%的甲醇是通過煤炭氣化生產的。目前全球甲醇制化學品技術的主要供應商是UOP和Lurgi，它們分別是Honeywell和Air Liquide（法國）公司的化學工程部門。雖然相似，但UOP和Lurgi在工藝過程中使用的催化劑不同，導致產生不同的產品。UOP的技術被稱為甲醇制烯烴（methanol-to-olefins，MTO）。該工藝制造乙烯和丙烯，還有一些較重的烯烴。出于這一原因，UOP將其技術與道達爾石化開發的裂化技術配對，將丁烯和己烯轉化為乙烯和丙烯。Lurgi的技術被稱為甲醇制丙烯，該工藝產生丙烯，但沒有乙烯，副產品包括汽油和丙烷。Lurgl的氣體生產高級產品經理Claus Grell認為丙烯生產是個優勢，因為相對于乙烯，當今市場丙烯的價值在增加。

在其他方面，煤制天然氣可能會是液化石油氣和常規天然氣的一個重要替代品，因為它具有更高的能量轉換效率，并且在煤化工產業中耗水量相對較小。而煤制燃油的一些試點項目已經能夠大規模運行。但需要注意的是，煤制燃油的轉換更有可能只是一個技術上的戰略舉措，投資者不應對在短期內進行大規模生產抱有很高的期望。

發展新型煤化工產業的挑戰

在某種程度上說，發展新型煤化工產業是一個有風險的經濟提議。對由煤制造的衍生產品必須非常有選擇性，同時選址時要考慮物流。考慮煤制化工制品設施的公司必須權衡是讓工廠靠近煤源（這往往是內陸，遠離人口中心），還是讓工廠更接近于最終產品的消費地或分銷地。比如在中東建造的以氣體為原料的石化廠就比以煤炭為基礎的工廠更有競爭力。

同時，公司面對的挑戰不僅是經濟和技術方面的，對于環境的考慮也是發展新型煤化工產業的一個主要障礙，這在已經簽署了《京都議定書》或者是將二氧化碳作為一種溫室氣體進行管制的國家尤為突出。此外，煤炭中含有硫、汞、砷和其他污染物。破壞的環境，受損的礦工健康，與煤炭開采相關的意外事故等，都在很大程度上影響著公眾對以煤炭為基礎的產業的看法。比如在美國，環境方面的考慮是發展新型煤化工產業的一大障礙。不僅美國關注新型煤化工產業中的煤炭氣化對環境造成的影響，世界上的其他地區也是如此。比如中國的神華集團就認為，用清潔、資源高效的方式運作以煤炭為原料的設施是公司的重中之重。

提供空氣分離裝置的法國Air Liquide公司的全球化學品市場高級副總裁Tom Hansen說，與化工制品相關的氣化復合物將他們引入了二氧化碳管理計劃。工廠在氣化過程中使用純氧氣，一個附帶的好處是產生的副產品是更純凈的二氧化碳流，這對如油回收一類的市場更有價值。也就是說，化學公司不是將所有多余的二氧化碳排放到空氣中，而是將二氧化碳注入地面給油井加壓，使其更多產，從而尋機提高原油開采率。Eastman公司就考慮在墨西哥灣海岸項目使用這種技術。該項目從Beulah的煤炭中制造甲烷和化工制品，并且將其二氧化碳副產品運送到位于Saskatchewan北部邊境的油田。不過也有觀察家指出，這種二氧化碳的市場是有限的。

雖然新型煤化工產業潛力巨大，但亦會充滿各種挑戰。首先，新型煤化工產業是技術密集型產業，而最尖端的化學制品生產技術遠比傳統石化產業中的那些復雜。雖然新型煤化工技術近年來發展迅速，但還沒有完全成熟。其次，新型煤化工產業是資源密集型產業，在生產中需要大量的煤炭和水，是否有充足的地下水在煤化工廠容量設計和選址時至關重要。同時，新型煤化工產業是資本密集型產業，需要依賴于規模經濟，因此大多數應用項目耗資都達數十億美元。如果國內沒有足夠的資金，就需要吸引具有資本實力的跨國煤化工公司來進軍這一領域，比如蒂森克虜伯伍德、KBR、福陸公司、GE能源集團、西門子能源公司和Prophecy煤炭公司等。但是，如何吸引這些公司來到本國是個巨大的挑戰。

全球新型煤化工產業的實際運作

多年來，幾家中國和美國的公司已經通過煤炭氣化來制造肥料。此外，南非的薩索爾公司（Sas01）幾十年來一直在它從煤炭中生產合成燃料的費一托（Fischer-Tropsch）工藝中，生產α-烯烴等化學品作為副產品。

同樣，位于美國田納西州Kingsport的Eastman公司已經有將近25年從煤炭中制造化工制品的經驗。該公司通過煤炭氣化生產甲醇，并將它轉換成乙酸、醋酸酐和醋酸纖維。正是由于在這方面的經驗，該公司鼓勵進一步投資煤炭。雖然近年來該公司以煤炭為基礎的產品只占其產品量的大約20%，但是卻占其利潤的一半左右。Eastman的公司戰略和市場營銷高級副總裁Mark Costa說，“氣化設施一直是我們成功的巨大推動力。”

在美國，北達科他州Beulah的Dakota氣化廠從煤炭制造合成天然氣，以及氨和其他化學品。而在印度，煤炭也備受關注。印度天然氣管理局與Coal India有限公司簽署了一份關于煤炭氣化項目諒解備忘錄，該項目將會每天消耗5000公噸煤炭，生產尿素化肥3500公噸。

新型煤化工產業的未來

今天，世界越來越關注低碳、高效率和清潔能源的發展。未來的能源發展將建立在一個新的能源生態系統之上，集中于更有效地利用能源（包括更高效的能源轉換和提高資源利用率），并且是可基于各種能源的有效整合，以形成—個低碳、高效、清潔的以“接近零排放”為特點的系統。鑒于煤炭將繼續長期發揮主導作用，新型煤化工產業涉及的清潔煤的能量轉換將是建立新的能源生態系統的關鍵。

新型煤化工產業的未來遠景之一是大規模制造烯烴，它可以轉換環氧乙烷、聚乙烯和聚丙烯等。將甲醇轉換為烯烴的技術已經開始商業運行，因此能夠使這一目標成為現實。

由于新型煤化工產業中的整體煤炭氣化流程會產生多余的碳，這會導致工廠要排放過多的二氧化碳。隨著減少二氧化碳排放量的環境壓力的增加，預計新型煤化工技術在全球范圍內建立起來之前，會有措施要求加入二氧化碳封存技術。因此，對煤化工企業而言，是否能經濟有效地處理二氧化碳是它們能否取得成功并持續發展的關鍵之一。