我國新型煤化工產業發展現狀及趨勢

劉文革 韓甲業 熊志軍 劉小榮

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京市朝陽區,100029)

★煤炭科技·加工轉化——同煤集團化工廠協辦★

我國新型煤化工產業發展現狀及趨勢

劉文革 韓甲業 熊志軍 劉小榮

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京市朝陽區,100029)

近幾年由于國內煤炭市場價格低迷、國際油價持續高位運行、全社會對燃煤污染的高度重視以及對未來煤代油市場的良好預期,我國新型煤化工產業經歷了快速的發展。本文首先對我國煤化工產業的發展現狀進行了分析,重點探討了“十一五”以來煤炭液化、煤制烯烴及煤制天然氣等新型煤化工關鍵技術研發重要突破和示范項目最新進展;其次對國家在不同時期煤化工的產業政策框架和規范進行了系統梳理和分析;最后從環境保護、系統能效、技術裝備創新、重點發展區域和產品附加值等角度對我國新型煤化工產業發展趨勢進行了分析和探討,總結提煉出五個“更加”的發展方向。

新型煤化工 關鍵技術 現狀及趨勢 產業政策

富煤、貧油及少氣的能源資源稟賦決定了我國能源結構在可預見的未來仍將以煤炭為主,發展煤化工符合我國能源資源的特點,有利于優化能源結構,提供潔凈能源可有效緩解我國油氣能源的對外依賴度,以煤代油為核心的新型煤化工發展戰略是保證國家能源安全的重要途徑之一。

近年來,國內動力煤市場低迷及國際油價持續高位運行,促使我們重新思考煤炭的原料屬性,倡導煤炭燃料與原料用途并重,助推我國煤化工產業進入新一輪的快速發展期,煤制甲醇、二甲醚、烯烴、煤間接液化、煤直接液化和煤制天然氣等各種新型煤化工項目爭相上馬,主要煤炭生產省區相繼制定煤化工產業發展規劃。新型煤化工產業發展進入新階段既有煤炭價格嚴重下滑的內在原因,也有全社會對大氣污染的高度重視、政府強力治理霧霾以及促進煤炭清潔轉化與利用的外部動力。同時我國一批示范項目的成功建設,積累了良好的經驗且儲備了技術,也為產業的迅速發展創造了良好條件。

然而新型煤化工的產業發展也存在著諸多制約因素,例如煤化工項目存在耗水量大、碳排放強度高、技術和資金密集等環境資源及技術經濟問題,產業政策也有待完善。因此,深入分析產業現狀,清晰產業定位,找準發展方向和存在問題,研究發展趨勢與政策建議顯得尤為重要。

1 煤化工產業發展現狀

煤化工產業包括傳統煤化工和新型煤化工,其主要工藝技術路線見圖1。

圖1 新型煤化工及傳統煤化工主要工藝技術路線

由圖1可見,焦炭、氮肥和電石等傳統煤化工與新型煤化工相比較具有技術門檻低、工藝成熟及投資規模一般等特點,在目前產能、產量及消費量都很大的情況下,存在產能過剩的風險;而新型煤化工如煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣和煤制乙二醇等,國內需求量和缺口均較大且產品價格高,具有較大的市場發展空間。

近年來,我國煤化工產業取得了長足發展和進步,從煤化工產業規模看已居于世界先列,成為世界上最大的煤化工產品生產國,2000－2012年煤化工耗煤量(不包括焦炭)見圖2。初步統計, 2012年我國煤化工產業耗煤約1.8億t,是2000年煤化工耗煤量的2倍。

圖2 2000－2012年煤化工耗煤量(不包括焦炭)

1.1 總體情況

從新型煤化工產業發展看,我國先后完成了百萬噸級煤炭直接液化、18萬t/a間接液化、60萬t/a煤制烯烴以及20億m3/a煤制天然氣示范工程,標志著我國新型煤化工技術已經走在了世界前列。當前,我國煤炭作為工業原料正在發揮重要作用,新型煤化工技術的成功示范也為煤炭工業升級轉型帶來較大發展空間,為煤炭工業延伸產業鏈、提高附加值、清潔高效轉化奠定了基礎。

煤炭企業在促進新型煤化工產業發展中發揮重要作用,主要包括神華集團、兗礦集團、潞安集團和大唐集團等企業;電力、石油和石化等行業的相關單位也非常重視并積極建設煤化工項目,主要包括中海油集團和延長石油集團等企業,還有伊泰、慶華、新奧等民營企業在煤化工領域業績突出。

在技術研發方面,形成了具有核心自主知識產權的技術體系,中科院大連化學物理研究所、中國石化上海石油化工研究院、中科院山西煤炭化學研究所等研究機構在煤炭直接液化、間接液化和煤制烯烴技術中擁有成熟的工藝包,在催化劑等方面擁有相關專利數百件并形成了專利群。新型煤化工項目集中在內蒙古自治區、陜西省、山西省、寧夏自治區、云南省、貴州省及新疆自治區等國家規劃的7個煤化工產業區,并且還有快速向中西部發展的態勢。

據不完全統計,我國處于運行、試車、建設和前期工作階段的煤制油項目26個,煤(甲醇)制烯烴項目58個,煤制天然氣項目67個。據中國石化聯合會統計,到2013年全國甲醇產量達到2900萬t,二甲醚產量500萬t,煤制油投產項目產量約170萬t,煤制烯烴產量達到180萬t,煤制乙二醇產量達到90萬t,已投產的煤制天然氣示范項目產量達到27億m3,產業規模已居世界首位且基地化的格局正在逐漸形成。預計2020年形成4000萬t/a以上的石油替代能力,其中煤制油3100萬t/a,烯烴2400萬t/a,煤制天然氣500億m3/a。

1.2 新型煤化工關鍵技術

煤氣化是新型煤化工的核心技術,我國在成功引進應用水煤漿氣化和干粉煤氣化等技術的同時,一批具有自主知識產權的煤氣化技術與裝備相繼進行示范并投入工業化運行。兗礦集團日處理千噸級和2000 t級多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術已經大面積進行推廣,在處理量為2000 t/d級兩段式干煤粉氣化技術、航天粉煤加壓氣化技術、灰熔聚煤氣化技術中投入使用。

在煤直接液化和煤制烯烴示范工程中,神華集團在技術放大、催化劑開發、核心裝置設計等方面取得了重大突破。神華集團煤制烯烴項目應用了中國科學院大連化學物理研究所開發的DMTO技術,并將該技術從處理量50 t/d試提升到處理量5500 t/d的工業化水平。在煤炭和石油資源共存的地區,陜西延長石油集團開展了煤油共煉的煤化工項目,具有能源轉化效率高(可達70%以上)和油品收率高的優點。

在煤炭間接液化方面,中科院山西煤化所和兗礦集團在煤炭間接液化方面分別擁有具有自主知識產權,并在山西省和陜西省榆林市等煤制油項目中實現了工業化應用。山西煤化所成功研發的鐵基高溫漿態床合成液體燃料技術,生產1 t油品只需耗標煤3.48 t,1 t新型催化劑可生產1200～1500 t油品,生產全過程完全達到國家環保要求,目前在山西潞安以及內蒙鄂爾多斯等多個項目中得到應用;兗礦集團上海兗礦能源科技研發有限公司擁有三相漿態床低溫費托合成技術,能量利用效率為45.4%,噸油煤耗為3.59 t(標煤),水耗低于10 t。

我國石化企業在新型煤化工關鍵技術研發方面也取得多項重要突破,中石化上海石油化工研究院自主研發的甲醇制烯烴技術(S－MTO)、甲醇制丙烯技術(S－MTP)、甲苯甲醇甲基化制二甲苯技術、合成氣制乙二醇技術和合成氣制天然氣技術,或取得工業性轉化,或取得顯著進展。

1.3 新型煤化工產業發展現狀

1.3.1 煤制油現狀

隨著我國經濟持續增長及汽車工業的快速發展對汽油需求的迅猛增加,煤制油既是現實需求也是國家能源的戰略安全需要。煤制油的兩種不同技術路徑優劣之爭由來已久,直接液化技術作為國家技術戰略儲備已經實現,但更多專家傾向于間接液化技術,實際項目建設也較多地采用這一路徑。

我國已投入工業化示范的煤制油項目有5個,產能達到160萬t/a,項目在建和進行前期工作的煤制油項目達15個。直接液化工業化示范的項目有神華集團鄂爾多斯100萬t/a的直接液化煤制油項目;間接液化項目包括神華集團18萬t/a、潞安集團16萬t/a、伊泰集團16萬t/a和晉煤集團10萬t/a甲醇合成油(MTG)示范工程。

神華集團100萬t/a直接液化煤制油項目在內蒙鄂爾多斯市于2008年建成,一次投料試車成功并生產出合格油品,2013年煤直接液化裝置累計運行天數達到315 d,累計生產油品超過86萬t;兗礦集團正在陜西省榆林市建設110萬t/a低溫費托合成煤間接液化示范項目,該項目于2012年6月開工建設,計劃于2015年上半年進行投料試車。

1.3.2 煤制烯烴現狀

烯烴產品具有每噸近萬元的較高價格,特別是當前甲醇產量過剩,價格接近或跌破成本價,凸顯了煤制烯烴項目良好的經濟效益,尤其是當前低迷的煤炭市場,給煤制烯烴項目提供了更大的利潤空間。煤制烯烴工藝是以煤為原料經甲醇制備乙烯和丙烯等低碳烯烴的新工藝,主要技術路線有MTO技術和MTP技術。開工建設和前期工作的煤制烯烴項目已經超過50多個,預計到2020年將形成2400萬t/a的產能。

神華包頭60萬t/a煤制烯烴項目是世界首套煤制烯烴工廠,采用大連化物所DMTO技術,該項目以煤為原料生產甲醇,通過MTO裝置轉化為烯烴,經聚合裝置生產出聚乙烯和聚丙烯,同時生產硫磺、丁烯、丙烷和乙烷以及C5＋等副產品。該項目裝置于2010年5月全部建成,2011年1月正式商業化運行,截止到2013年11月累積生產聚烯烴159萬t。

1.3.3 煤制天然氣現狀

當前我國政府高度重視環境保護,在大氣污染治理和環境保護措施中,提出要減少煤炭使用量,大力增加天然氣供應量和消費量,這些政策的出臺導致了煤制天然氣項目出現井噴式開發建設。

煤制天然氣技術現已基本成熟,高溫甲烷化技術是煤制天然氣過程中的關鍵技術,成熟的高溫甲烷化技術主要包括托普索甲烷化技術、魯奇甲烷化技術和Davy甲烷化技術。在裝備上,甲烷化裝置僅需引進高壓蒸汽過熱器及循環氣壓縮機等個別設備,其余絕大部分均為國產化設備。

我國目前已立項的煤制天然氣項目共計60多個,合計總產能超過2300億m3/a。其中僅2013年1月－2014年4月,17個煤制氣新項目獲國家發展改革委路條,這些項目總產能超過770億m3/a,總投資超過4000億元。截至2013年底,中國煤制天然氣建成項目2個,克什克騰旗一期產能為13.3億m3/a(規劃總產能40億m3/a)和新疆慶華一期產能為13.7億m3/a(規劃總產能55億m3/a)的一期煤制天然氣項目工程示范取得階段性成果。

2 煤化工產業政策分析

我國政府高度重視煤化工產業發展,國務院及相關部門制定了產業規劃和政策措施等重要文件20余份,均對煤化工產業發展做出指導性和規范性的要求與規定。總體來說,國家對于新型煤化工產業的發展持積極而又謹慎的態度,根據煤炭產業發展情況和企業對煤化工項目的投資趨勢,通過政策不斷的進行宏觀或局部調整。

2004年我國能源發展中長期規劃中提出“加快實施煤炭液化工程實施進度”,鼓勵發展相關煤炭轉化項目;2006年國家發展改革委出臺的《關于加強煤化工項目建設管理促進產業健康發展的通知》的文件,強調鑒于當時的產業發展有盲目傾向,提出要加強管理協調發展做好規劃和明確重點,嚴格審批;2008年和2009年,發展改革委《關于加強煤制油項目管理有關問題的通知》等文件的出臺再次提出嚴格煤制油項目審批,要求各地方投資主管部門立即停止審批。近期國家發展改革委發布的《關于能源行業加強大氣污染防治工作方案的通知》中要求拓展煤制油等新的清潔油品的來源,推進一些地區的煤炭液化項目,推進煤制氣產業科學有序發展,明顯地展示出國家對新型煤化工產業的適度支持。從上述內容看出,在產業政策方面國家的鼓勵、限制和適度發展的不同態度和變化歷程。

以新型煤化工為重要抓手的煤炭清潔高效利用將是能源生產和消費革命的重要組成部分,隨著以煤制油、煤制烯烴和煤制氣為代表的新型煤化工相關技術的逐漸成熟,我國新型煤化工在“十三五”期間將加速發展。我國新型煤化工產業政策有以下4個特點:一是煤制油、煤制烯烴和煤制氣等新型煤化工產業符合我國國情,是在“富煤、貧油、少氣”的資源條件下,保障油氣供應安全和推動能源結構調整的迫切需要和現實選擇,今后國家將更加積極地鼓勵和支持在符合相關條件的地區大力發展新型煤化工產業;二是適度發展新型煤化工產業有利于環境保護,可實現煤炭清潔高效利用,有利于減少大氣污染,有效控制煤炭直接利用的環境污染問題,國家政策導向是堅持科學規劃、合理布局、適度發展的原則;三是我國大部分富煤地區存在著水資源缺乏以及生態環境脆弱等問題,煤制油、煤制烯烴和煤制氣等新型煤化工產業對資源環境條件要求高,因此國家把新型煤化工定位于國內油氣供應的重要補充,要求科學把握發展節奏、嚴格控制產業規模;四是國家對于煤化工項目的能源轉化效率、環保節能以及經濟性都有嚴格的要求,隨著煤炭清潔利用相關指標的日益嚴格,國家政策對于煤制油、煤制烯烴和煤制氣等新型煤化工工藝技術、節能環保的要求也將日益提升。

3 煤化工產業發展趨勢

當前隨著我國社會經濟的快速發展,工業化和城鎮化、城鄉一體化進程加快,環保意識逐漸增強,技術進步不斷提高,資源和市場條件不斷改善,對新型煤化工產業發展方向和速度都產生決定性影響,總結起來重點發展趨勢有以下幾個方面。

3.1 更加注重環境保護

化工屬于高污染、高排放和高耗能行業,會有更多的環保標準出臺,嚴格控制污染排放,加強項目開發的水資源保護。除此之外,需要高度重視的是溫室氣體排放問題,其引起的氣候變化是國際和國內都高度關注的重要議題,我國是CO2排放大國,政府十分重視減排工作,目前正在抓緊培育碳交易市場,建立機制促進減排。煤化工項目的碳排放強度大,而由于其工藝特點,在低溫甲醇洗環節可產生大量高濃度CO2,有利于開展碳捕集利用與封存(CCUS),如將CO2注入油氣田,可提高油氣采收率達10%左右,取得良好的經濟效益,神華鄂爾多斯煤直接液化項目已建立了10萬t/a的碳捕集與封存試驗。

3.2 更加注重提高系統能效

據有關研究機構預測,化工用煤在2020年前增長較快,年均增速達16.5%,之后增速下降,2020－2025年年均增速0.96%,2025年達到峰值為6.3～7.5億t。提高系統的能源轉換效率不僅可提高經濟效益,還可節省煤炭消費量。在“十二五”期間,國家規定了相關新型煤化工能效指標,煤制天然氣的能效要求大于60%,煤制烯烴也要大于44%,并加強了對示范項目能效等指標的監督考核工作。

3.3 更加注重技術裝備創新

中國未來煤化工的發展方向是加大力度發展可替代石油的潔凈能源與化工產品的新型煤化工技術,并建成技術先進、大規模和多種工藝集成的新型煤化工企業或產業基地。先進的催化合成技術、分離技術、生物化工技術、節能與環保技術、材料與大型工業裝備制造技術等是新型煤化工的發展基礎,也是我國煤化工創新發展的重點內容。我國是世界上的煤化工產業大國,通過引進消化吸收,已經擁有成套的自主知識產權技術,隨著我國鼓勵大力發展外向型經濟,新型煤化工技術裝備對外輸出也成為可能。俄羅斯和東盟等一些國家和地區對我國新型煤化工技術裝備有極大興趣,對外技術輸出具有廣闊前景。

3.4 更加傾向中西部發展

根據目前我國煤化工項目規劃,無論是項目數量和產品產量,都集中于新疆自治區、內蒙自治區和陜西省,所以這3個地區將是我國西部新型煤代工發展重點區域。隨著動力煤價格持續低迷以及看好煤制油和煤制烯烴等新型煤化工產業發展前景,國家劃定的七大煤化工產業規劃區和全國各主要產煤地區也紛紛制訂規劃,謀劃大力發展煤化工產業。

3.5 更加注重提高產品附加值

經過多年發展,我國傳統煤化工產品規模已經居世界首位并處于供大于求狀態,且存在結構性過剩,主要產品價格低位徘徊,價格與成本倒掛。而新型煤化工所涉及產品市場價格較高,且有進一步上升的趨勢,目前的建設項目雖然處于示范階段,但也取得了良好的經濟效益,如神華的包頭煤制烯烴項目。

4 結論

(1)我國是世界最大煤炭生產和消費國,未來十幾年,煤炭生產和消費規模仍穩中有升,煤炭清潔利用任重道遠。煤化工特別是新型煤化工是能源消費革命的重要組成部分,以新型煤化工為抓手的煤炭清潔高效利用是解決我國能源和環境問題重要內容。

(2)當前我國煤化工產業發展已位居世界前列,以煤制油、煤制烯烴和煤制天然氣為代表的新型煤化工技術已實現商業化示范運行,在重要工藝階段關鍵技術擁有完整的自主知識產權。但是在煤氣化等關鍵環節還需要加大攻關力度,以替代國外產品。同時,應積極尋求技術和裝備輸出,實現“走出去”。

(3)國家對于新型煤化工產業發展持積極而又謹慎的態度,今后將更加積極地鼓勵和支持在符合相關條件的地區大力發展新型煤化工產業。因煤化工項目涉及煤炭化工等多個專業領域和主管部門多,在政策制定時應加大國家部委之間的溝通和協調,保持政策的一致性。另外,還應抓緊制定相關技術和產品國家標準,促進產業穩步發展。

(4)我國煤化工產業發展將更加注重環境保護,特別是減少溫室氣體排放,對系統能效有更嚴格的要求,項目應實現能效達標。

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(責任編輯 王雅琴)

The current developmental situation and trends of the new coal chemical industry

Liu Wenge,Han Jiaye,Xiong Zhijun,Liu Xiaorong
(National Institute for Occupational Safety,Chaoyang,Beijing 100029,China)

In recent years several factors have contributed to the rapid development of a new coal chemical industry in China.These factors include:low coal price in the domestic market;the high international oil price;societal attention on coal based pollution;and market expectations on the use of coal in lieu of oil.This paper firstly analyses the current developmental situation of the coal chemical industry in China including the development of coal liquefaction,coal to olefins, coal to gas and other key breakthrough technologies.The progressions of demonstration projects within the new coal chemical industry since the commencement of the 11th five-year plan period have been discussed.Secondly,the coal chemical industry policies and specifications over different periods of time have been analyzed.Finally,the developmental trend of the new coal chemical industry in China has been analyzed and investigated from five aspects,including:environmental protection,system efficiency,technology and equipment innovation,key development geographical regions and product value adding.Five improved directions for development have been summarized and proposed.

new coal chemical,key technology,current situation and trend,industrial policy

F426.72

A

劉文革(1966－),男,河北石家莊人,教授級高級工程師,現任國家安全生產監督管理總局信息研究院副院長,長期從事安全生產、煤炭行業、煤層氣領域理論政策研究和安全技術研發工作。