楊 芊 顏丙磊 楊 帥
(1.中國煤炭加工利用協會,北京市東城區,100013; 2.中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院,北京市海淀區,100083)
現代煤化工又稱煤炭深加工,是指以煤為主要原料,生產油、氣等煤制清潔燃料和多種基礎化工原料的煤炭加工轉化產業,主要包括煤制油、煤制天然氣、煤制化學品、油煤共煉、低階煤分質利用等模式,但不包括煤焦化、煤制合成氨、煤制尿素和電石等傳統煤化工產業。經過長期攻關,我國現代煤化工在科技裝備、工程設計、建設運營和產業示范等多方面均取得了顯著進步,總體達到國際領先水平。同時,現代煤化工為推廣產業發展以及保障國家能源安全奠定了堅實的基礎。2017年初,國家能源局印發了《煤炭深加工產業示范“十三五”規劃》(國能科技〔2017〕43號)(以下簡稱《規劃》),國家發展改革委、工業和信息化部共同印發《現代煤化工產業創新發展布局方案》(發改產業〔2017〕553號),進一步促進了產業科學規范發展。
同時,在產業發展中依然存在一些不平衡和不充分的因素,一是煤化工行業存在的制約“瓶頸”依然復雜,如技術短板、體制障礙、稅負重壓等;二是總體示范進展滯后于《規劃》預期,部分示范項目“已核未建”、“核大建小”問題明顯;三是面臨形勢依然嚴峻,國內外能源化工市場和現代煤化工技術與產業已發生深刻變化,機遇與挑戰并存;四是黨的“十九大”以后,全行業進一步明確了習近平新時代中國特色社會主義思想的指導地位,但也面臨諸多新任務和高質量發展要求。
因此,分析現代煤化工產業“十三五”中期的發展情況,進一步明確產業發展的指導思想和定位,及時總結技術研發和產業示范的經驗教訓,厘清制約產業發展的關鍵難題,動態調整規劃示范項目,提出合理化政策建議和保障措施,對促進產業健康可持續發展、發揮國家能源戰略技術儲備和產能儲備作用具有現實必要和重大意義。
2014年,習近平總書記提出“四個革命、一個合作”的能源發展戰略思想,指出“煤老大的地位短期內難以改變,要做好煤炭這篇文章”,要求適度發展煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等現代煤化工產業。2016年12月28日,在神華寧煤400萬t/a煤制油項目建成投產之際,習近平總書記親自發出賀信,肯定了這一重大項目建成投產,對我國增強能源自主保障能力、推動煤炭清潔高效利用、促進民族地區經濟發展具有重大意義。充分體現了黨中央、國務院對現代煤化工產業的高度關注和殷切期盼,堅定了全行業的發展信心。
(1)符合能源資源稟賦國情。從資源賦存豐度來看,我國是“貧油、少氣、相對富煤”,煤炭占我國已探明化石能源資源總量的94%左右,而石油、天然氣合計占比僅約6%,這決定了我國能源利用結構是長期以煤為主。2018年,我國煤炭占一次能源生產結構和能源消費的比重分別高達70%和59%,持續發揮我國能源“壓倉石”和“穩定器”的作用。這說明“煤老大的地位”在我國未來較長一段時期內仍難以撼動,為發展現代煤化工產業提供可靠、經濟的資源保障。
(2)保障國家能源戰略安全。我國對油氣的剛性消費需求和國內油氣資源嚴重匱乏,油氣供需缺口逐年擴大,對外依存度迅速攀升,當前已分別突破70.9%和45.3%,主要進口通道過度依賴于霍爾木茲海峽、印度洋、馬六甲海峽?,F代煤化工可以將煤炭轉化為油氣和化學品,進而減少油氣資源進口量,降低對外依存度,彌補國內石化行業不足。立足國內豐富的煤炭資源,發展煤制油、煤制天然氣和煤制化學品等產業,是實現油氣來源自主多元化、保障國家能源安全的重要戰略途徑。特別是煤制油品品質具有優于傳統煉廠油品的特征,適用于生產軍用、航空航天等特需油品,對保障國防安全具有重要作用。
(3)落實新時代能源高質量發展要求。目前,電力、鋼鐵、建材等行業是國內用煤大戶,以燃料為主的利用模式相對單一,其排放的SO2、NOx、粉塵和VOCs等帶來的生態環境破壞、二氧化碳排放等問題不可回避,同時也是引發霧霾的重要因素。而現代煤化工產業可以提高煤炭的清潔利用水平、加快煤炭由單一燃料向原料和燃料并重的轉變,“三廢”排放可以達標排放或“近零排放”,產生的高濃度CO2可以集中收集、治理,可有力推動資源利用和經濟社會、生態環境的協調發展,是落實新時代能源高質量發展的關鍵舉措。
(4)拉動經濟社會發展?,F代煤化工是資源、技術、資金、人才密集型產業,輻射帶動效應強,工業增加值是煤炭直接銷售的4~15倍,可拉動基建、裝備、化工、物流、新材料等多個行業發展,同時能夠創造更多新增就業崗位、貢獻稅收。以煤制油項目為例,百萬噸級項目一般可直接創造4000~4500個就業崗位,間接創造上萬個就業崗位。因此,發展現代煤化工產業可成為經濟社會發展的重要增長極,對推動老少邊窮等地區經濟發展、加速實現煤炭富集區域資源優勢向經濟優勢轉化,具有積極的推動作用。
綜上所述,基于我國能源資源國情,適度發展現代煤化工產業,對提升煤炭清潔高效利用水平、保障國家能源安全和帶動經濟社會發展,具有重要意義。
經過幾代人的不懈努力,我國現代煤化工產業已取得長足發展,規劃科學規范,定位清晰準確,園區化、基地化格局基本形成,產業規模整體居世界首位,示范項目實現安穩運行,環保水平不斷提升。
2017年,我國煤制油總產能為906萬t/a,產量為322.7萬t,產能利用率為35.6%,轉化煤炭1698.9萬t;煤制天然氣總產能為51.05億m3/a,產量為26.3億m3,產能利用率為51.5%,轉化煤炭710.1萬t;煤(甲醇)制烯烴總產能為1242萬t/a,產量為634.6萬t,產能利用率為51.1%,轉化煤炭4251.8萬t;煤制乙二醇總產能為270萬t/a,產量為153.6萬t,產能利用率為56.9%,轉化煤炭768萬t。較“十三五”初期分別增長了214.3%、64.4%、69.6%和50.9%。
2017年,現代煤化工共轉化煤炭7428.8萬t,約占全年煤炭消費總量的1.96%,較“十三五”初期增加耗煤量2890.8萬t。隨著新建項目陸續投產,預計到2020年,現代煤化工耗煤量將突破1億t。
2015年底,我國煤制油產能為254萬t/a,產量為115萬t。截至2017年底,我國已建成煤制油項目8個、產能規模約為906萬t/a,2017年合計產量為322.7萬t;在建項目2個、產能規模300萬t/a。建成項目中,煤直接液化項目1個,產能為108萬t/a,2017年產量為84.8萬t;煤間接液化項目7個,產能合計為798萬t,2017年產量為237.9萬t,我國煤制油示范項目見表1。
2015年底,我國煤制天然氣產能為31億m3/a,產量為18.8億m3。我國煤制天然氣示范項目見表2。

表1 我國煤制油示范項目

表2 我國煤制天然氣示范項目
由表2可以看出,“十三五”期間,相對于煤制油產業,我國煤制天然氣產業進展相對滯后。截至目前,我國已核準煤制天然氣規模為251億m3/a,但僅建成煤制天然氣項目4個、產能合計為51.05億m3/a,2017年產量為26.3億m3。
目前,除內蒙匯能因一期4億m3/a煤制天然氣工程生產具有市場競爭力的LNG、在建二期12億m3/a煤制天然氣工程外,大唐克旗項目二期和三期、大唐阜新項目、新疆慶華項目二期和三期和“十三五”已核準未建的蘇新和豐項目,均有可能調整產品方案,改產烯烴、甲醇、乙二醇等較具市場競爭性的煤制化學品。
2015年底,我國煤制烯烴(包括甲醇制烯烴)產能為862萬t/a,產量為648萬t。截至2018年10月,我國20家煤(甲醇)制烯烴產能達到1242萬t/a,2017年產量為634.6萬t。我國煤制烯烴項目見表3。

表3 我國煤制烯烴項目
2015年底,我國煤制乙二醇產能約為216萬t/a。截至2017年底,我國已建成煤制乙二醇項目15個,總產能為270萬t/a,2017年總產量約為153.6萬t;截至2018年又相繼投產3個,總產能達到363萬t/a,在建項目15個,總規模353萬t。煤制乙二醇投資強度較低,經受住了低油價考驗,表現出較強的競爭力,在整個現代煤化工產業中投資熱度相對較高。我國煤制乙二醇項目見表4。

表4 我國煤制乙二醇項目
目前中科院山西煤化所和賽鼎工程公司合作開發的固定床甲醇制芳烴技術、清華大學的循環流化床甲醇制芳烴技術(FMTA)都在積極推進工業化示范,河南煤化集團研究院與北京化工大學也在合作開展甲醇制芳烴技術研發。其中,清華大學自2000年起開始開發煤基甲醇制芳烴技術,形成了甲醇制芳烴小試核心技術。自2011年起,中國華電集團與清華大學合作,在清華大學實驗室研究的基礎上,開展甲醇制芳烴工業化開發,2013年建成世界首套萬噸級甲醇制芳烴工業試驗裝置,成功完成3萬t/a甲醇進料的工業性試驗。此外,新奧集團和內蒙古永泰能源科技有限公司在相關領域也取得一定技術突破,并在建20萬t/a的生產裝置。
3.1.1 項目總體安穩運行
神華寧煤煤制油項目油品A、B線于2017年12月17日達到滿負荷運行,最高負荷106%;神華鄂爾多斯項目生產負荷保持在80%以上,煤液化裝置最長單周期運行達到420 d,遠超設計值(310 d);煤制天然氣項目運行水平企穩向好,大唐克旗項目在去冬今春平均負荷超過80%,2018年3月負荷超過90%,創歷史最好水平。
3.1.2 運行指標不斷優化
煤間接液化綜合能源利用效率最高上升為45.9%。神華鄂爾多斯煤直接液化項目單位產品水耗降低至5.82 m3/t;神華寧煤煤制油示范項目單位產品水消耗降至6.1 m3/t;大唐克旗、神華寧煤等示范項目可實現污水近“零”排放,環保水平不斷提高。
3.1.3 裝備國產化率提升
依托煤炭深加工項目,國內在技術、裝備、材料等多方面迅速發展,達到國際領先水平。神華鄂爾多斯項目裝備國產化率已達到98.39%,實現了世界上規模最大的高溫高壓臨氫反應器、增安型無刷勵磁同步電機、高差壓減壓閥等關鍵設備的自主化;神華寧煤項目成功實現了煤間接液化核心技術和大型費托反應器等37項技術裝備國產化,國產化率達98.5%;具有自主知識產權的“航天爐”、“神寧爐”、“四噴嘴對置式水煤漿氣化爐”等大型煤氣化技術已向國外企業出口;杭氧集團、沈鼓集團等本土企業具備了自主制造大型空分、壓縮機組等重大裝備的能力,倒逼國外企業大幅下調競標報價。
3.1.4 培養了一批優勢企業和人才隊伍
國家能源集團、兗礦集團、內蒙古伊泰集團等企業成為推動產業發展的重要力量,國家能源煤基液體燃料研發中心、低碳催化與工程研發中心、煤氣化技術研發中心、煤炭分質清潔轉化重點實驗室等成為產業技術創新中心,中國石油化工集團公司、中國化學工程公司、大連金州重型機器集團有限公司、沈陽鼓風機(集團)有限公司等企業成為工程設計和裝備制造的重要支撐力量。煤炭深加工產業從業人員超過10萬人,逐步建立起有效的人才培養機制,基本形成了專業全面、結構合理的人才隊伍。
3.1.5 產品具有明顯優勢
煤制油品適用于生產超清潔柴油、軍用特種油品以及高附加值化學品,對保障國家能源安全和國防戰略安全具有重大意義。煤間接液化油品可用于生產航空航天燃料、高端潤滑油和高附加值化學品,可緩解我國航空航天燃料供應緊張局勢、打破國外高端潤滑油和化學品壟斷。神華鄂爾多斯煤制油品具有比重大、高體積熱值、高體積比熱容、高熱安定性和低硫、低氮、低芳烴、低凝點的優點,用其生產的軍用、航天類特種燃料已完成試用,顯示出優良性能。
現代煤化工產業尚處于示范發展階段,仍面臨一些亟需解決的問題。
3.2.1 技術研發仍需加強攻關
目前,煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇等煤炭深加工等工藝技術流程均已打通,具備規?;l展基礎。但在10億m3/a國產化甲烷化工藝及催化劑、煤制芳烴等方面,尚無成熟穩定的示范業績,需要加快相關技術攻關。在共性關鍵技術方面,也存在一些制約“瓶頸”,需要加強技術突破。如各系統工程整合、節水、環保、水平衡、能效和CCUS等。特別是在環保排放方面,曾出現了較為嚴重的負面事件,隨著環保政策日加嚴苛和“近零”排放的剛性要求,煤炭深加工高濃度污水、濃鹽水、水系統處理技術需要改進和優化,蒸發塘底泥無害化、結晶鹽、分鹽技術需要加快探索。長遠來看,若煤炭深加工產業被征收碳稅,會明顯加重企業負擔,因此需加快技術及工程突破,實現技術上連續、成本上可承受的CCUS。
在關鍵裝備材料國產化方面,我國煤炭深加工項目裝備國產化水平程度總體較高,神華鄂爾多斯、神華寧煤等示范項目的裝備國產化率均超過98%,但在關鍵核心裝備材料等方面仍嚴重依賴于國外,如大型壓縮機、汽輪機和關鍵泵閥等仍需進口。
3.2.2 煤制油氣示范進度略有滯后
相比“十一五”、“十二五”期間的“未批先建”、“遍地開花”式的過熱發展,目前煤制油氣示范項目中“已核不建”、“核大建小”的現象較為明顯,示范進展相對滯后于《規劃》預期,其原因是多方面的。
(1)中低油價下項目經濟性較差?,F代煤化工項目投資強度較高,固定成本在總成本中比重較高,可變成本所占比重較低。自2014年以來,國際油價斷崖式下跌并持續低迷,煤價逆市上漲,煤制油氣項目競爭力弱,企業虧損面擴大,投資趨于理性。雖然近期油價恢復性上漲,一些投機型企業被擠出,剩下一些有實力的企業目前處于觀望階段。
(2)項目配套資源難以保障。一些地方政府、企業主體在前期爭取項目積極,但后期推動不力,導致項目配套的煤炭資源不能充分保障、環境容量指標不能及時落實等多方面問題,影響項目推進進度。
(3)基地、園區等可依托公輔設施不能同步跟上、產品輸配通道建設明顯滯后、市場準入和消納仍存在壁壘。
(4)沿海七大煉化基地大型石化項目建設提速,市場競爭更加嚴峻。
3.2.3 項目管理和運行水平仍需提高
煤炭深加工是一個復雜的系統性工程,在項目規劃、設計、建設和運行等方面,對項目單位均是不小的考驗,部分項目也曾因為缺乏科學性、專業化管理,導致項目長期虧損。因此,項目單位應積極引入先進管理理念,創新管理模式,積極整合現代信息、智能技術,著力建設智能化工廠、數字化車間,提升管理水平。同時,多數示范項目布局在能源“金三角”、新疆準東等地,這些區域水資源相對匱乏、生態環境承載力較弱、社會關注度高,需要項目不斷提高運行水平和應急能力,減少事故頻次。
3.2.4 標準體系仍需加快完善
煤炭深加工相關基礎標準、產品標準和方法標準等相對缺失,明顯滯后于產業化進程。許多企業在無相關設計標準和可借鑒范例的情況下,邊設計、邊施工,導致部分裝置能力因設計缺陷而先天不足,甚至存在一些安全隱患。高品質的煤制油產品則因標準缺失,銷售難度較大或被迫降價銷售,不利于產業的良性發展。
3.2.5 政策缺位和機制障礙依然突出
現代煤化工項目投資強度大,產業尚處于發展初期,低油價下競爭力弱,亟需國家給予扶持政策培育發展。但是,目前尚無針對性的扶持政策,一些體制機制障礙也嚴重制約著產業發展。煤制油方面,油品稅負重,超清潔、符合軍用等特需的煤制油品不能實現優質優價,也不能直接進入終端市場,導致中低油價下煤制油企業普遍處于虧損狀態。特別是基于石油基油品制定的消費稅政策,不符合煤制油產業發展實際,當前柴油稅負約為31%,石腦油稅負約為53%,企業稅負負擔較大。煤制天然氣方面,除內蒙古匯能項目以LNG外售外,大唐克旗、新疆慶華和伊犁新天這3個項目均因管網運營方的壟斷,開工率低,成本與售價倒掛,企業經營難以為繼,特別是新疆慶華煤制天然氣項目,資金鏈短缺,員工流失嚴重。
3.3.1 煤制油項目情況
煤制油新建項目4個,產能合計680萬t/a,目前已核準3個,貴州畢節煤制油項目正處于核準評估階段;儲備項目3個,產能為1000萬t/a。從項目核準和建設情況預測,煤制油已建成項目8個,產能規模約為906萬t/a;在建項目2個、產能規模為300萬t/a,即伊泰鄂爾多斯200萬t/a、伊泰伊犁100萬t/a煤制油項目,這兩個項目在2020年底有望建成,屆時將形成煤制油產能1206萬t/a,略低于《規劃》原計劃的1300萬t/a。這主要是因為2014-2017年,國際油價低迷,且煤制油品稅負過重,企業投資積極性不高、進度放緩。隨著當前國際油價恢復性上漲,企業加快建設進度,煤制油產能有可能趨近《規劃》預計值。
3.3.2 煤制天然氣項目情況
煤制天然氣新建項目5個,產能182億m3/a,目前已核準3個;儲備項目多個。目前,我國已建成煤制天然氣項目4個,產能規模約51.1億m3/a;在建項目3個、規模120億m3。預計在2020年底,大唐克旗二期13.3億m3/a、大唐阜新一期13.3億m3/a、匯能二期12億m3/a的煤制天然氣項目有望建成,屆時將形成煤制天然氣產能約90億m3/a,但明顯低于《規劃》預估的170億m3/a。這主要是煤制天然氣項目產品單一、且嚴重受制于輸氣管網壟斷地位,導致生產成本和售價倒掛,多數企業抱有觀望態度,存在核準后不建、緩建現象。
進入“十三五”后期,全行業仍須牢固樹立習近平新時代中國特色社會主義思想的指導地位,深入貫徹落實習近平總書記“四個革命、一個合作”能源發展的戰略思想,高質量推動技術創新和產業升級示范,將現代煤化工產業推向更高水平。
梳理總結已建成投產的示范項目在設計、建設、管理和運行但過程中的成果、經驗和教訓,科學實施規劃評估。重點做好項目動態調整,對推進不力、進展滯后或建設條件不具備、企業實施積極性不高的項目,及時清理、淘汰出規劃,將建設規模和水資源指標、環境容量等騰挪給具備優勢條件的示范項目;對于項目進展情況較好、前期工作準備充分、示范意義重大的儲備項目,及時調整為新建項目;對于新提出的項目,結合中期評估,經論證可行后增補列入《規劃》。
為確保各示范項目盡快扭轉經營困局,輕裝上陣,推動技術和產業升級進步,落實好國家示范任務,建議從國家層面加快統籌協調,破除當前嚴重制約煤制油、煤制天然氣產業發展的體制機制“藩籬”,確保煤制油、煤制天然氣能夠公平、公正地進入市場,實現優質優價。一是針對煤制油高昂的消費稅問題,盡快出臺差異化和階段性煤制油消費稅扶持政策,并將煤制油項目列入《西部地區鼓勵類產業目錄》,支持企業享受相關的稅收優惠政策;二是針對煤制天然氣企業遭管網運營方“卡脖子”問題,消除管網運營方的壟斷地位,加快實現煤制天然氣“大客戶直銷”或“管網代輸”,使煤制天然氣企業能夠最大負荷生產,不承擔調峰任務。針對煤制天然氣成品與售價倒掛現象,參照國內頁巖氣等補貼機制,對煤制天然氣給予適當補貼支持。
政府規范引導,協會有力銜接,企業主體作為,多方協同推動產業科學規范發展。系統總結產業發展的成績和教訓,以資源容量、環境承載力等為導向,認真做好評估工作,合理實施動態調整,為“十三五”后期產業發展提供規劃依據。科學實施規劃,確保項目落地,完成承擔的示范任務。同時,針對建成投產的項目,加強環境監測運行管理,嚴格環境執法,堅守“綠水青山就是金山銀山”的環境理念,確保示范項目合法規范運行。
我國現代煤化工技術和產業雖取得長足發展,但仍存在一些技術難題,亟需攻克。其中,既有關鍵共性問題,如水耗、環境污染、碳排放等;也有單一“瓶頸”障礙,如煤制天然氣領域的“煤頭水尾”問題、煤直接液化副產油灰渣的高效利用問題等;對低階煤分質利用、煤制芳烴等技術原始創新和集成創新,加大扶持力度,促進示范應用。全行業應堅持自主創新,以問題為導向,依托科研院所、工程公司協同攻關,建立產學研用合作開發模式,攻克技術難題,提高核心技術、裝備和材料的國產化率,發揮技術支撐和引領作用,促進產業高質量發展。
現代煤化工產業標準體系不夠健全,在清潔生產標準、技術安全導則等重要的導向型、規范性基礎通用標準上大量缺失。產業在規劃設計、工程建設、生產運營、產品標準、流通體系等方面主要參考石油化工行業標準規范,不僅產業與產品自身的特點、技術特色、產品優勢等都沒有得到有效發揮,還帶來各種運營管理、產品銷售等方面的限制和問題,嚴重影響了產品市場定位,增加了銷售難度。如煤制氣、柴油產品因幾乎不含硫等性能優勢具有很大市場價值,但受制于目前基于煉油行業制定的強制性標準壁壘,一直無法合規銷售。建議國家突出重點加快構建煤炭深加工產業技術標準體系,解決影響產品市場準入和工程設計與建設標準缺位等重點問題,推進裝備、工程設計與建設標準規范的制定,以高質量標準引領和規范產業發展。
煤制油可提供常規煉廠難以產出的超清潔油品、軍用等特種油品及高附加值化學品,對國防戰略安全具有重要意義。煤直接液化油品具有比重大、熱值高、凝點低等優點,生產的大比重噴氣燃料、軍用柴油、航空航天煤油均已完成試用,顯示出優良性能。煤間接液化油品可用于生產航空航天燃料、高端潤滑油和高附加值化學品,可緩解我國航空航天燃料供應緊張局勢、打破國外高端潤滑油和化學品壟斷?;诿夯F代燃料的稀缺性和特殊性,與石油基性能上優勢互補,確保軍隊油料保障的安全高效可持續,建議統籌軍地科研技術優勢,加快推進煤基燃料的研發應用,盡快轉化為部隊戰斗力與保障力。
立足能源資源國情,發揮煤炭主體地位,發展現代煤化工產業,是保障國家能源安全、提升煤炭清潔利用水平和促進經濟社會發展的必由之路,是貫徹落實新時代能源高質量發展的有力抓手,是建設“清潔低碳、安全高效”能源體系的重要組成部分。
總體而言,我國煤制油、煤制天然氣、低階煤分質利用以及煤制化學品等現代煤化工產業在“十三五”以來進步顯著,技術和工程化水平領先國際,規劃科學規范,定位清晰準確,園區化、基地化格局基本形成, 產業規模整體居世界首位,示范項目實現安穩運行,環保水平不斷提高,是我國幾代人不斷探索、具有民族特色的產業。具備發展成為戰略性新興產業的基礎優勢,對保障國家能源安全具有重大意義。盡管產業仍處于發展初期,需要一段時間的示范過程,面臨著一些突出的制約難題和嚴峻的發展形勢,但機遇大于挑戰,潛力大于問題,發展前景可期。