現代煤化工發展與石油化工、鹽化工的融合

杜曉丹，盧 珂

(1 中國天辰工程有限公司煤化工事業部，天津 300400；2 河北工業大學化工學院，天津 300401)

煤炭作為基礎能源，在我國能源結構中具有舉足輕重的地位，在一次能源的生產與消費中長期居于主導地位。2019年我國全年能源消費總量折標準煤48.6億噸，其中煤炭消費量占能源消費總量的57.7%。

近年來，社會經濟穩定高質量發展，我國對高品質清潔燃料、烯烴、芳烴及其衍生物等化學品的需求增長快速。煤炭作為我國的主體能源和重要原料，適度發展煤炭深加工產業，既是國家能源戰略技術儲備和產能儲備的需要，也是推進煤炭清潔高效利用和保障國家能源安全的重要舉措。我國在煤經甲醇制清潔燃料、烯烴和乙二醇等現代煤化工技術上已取得突破，關鍵技術實現了產業化，開創出一條煤炭潔凈高效利用之路[1]。此外，煤制芳烴技術的研發和工業試驗成功，推進了煤炭的清潔高效利用，減少芳烴對石油原料的依賴，使得煤代替原油做原料大批量生產芳烴成為現實。

國家高度重視煤炭資源的開發利用，出臺了一系列產業支持政策，推動了煤化工產業的發展。然而受國內日益升級的安全、環保標準及國際低油價的沖擊，我國煤化工企業需要更努力地開發出高效的生產工藝和技術，選擇好的產品路線，與多種產業相融合，真正實現資源的循環經濟發展局面。

1 政策支持

“十三五”期間我國將推動形成技術路線完整、產品種類齊全的煤炭深加工產業體系，重點開展煤制油、煤制天然氣、低階煤分質利用、煤制化學品、煤炭和石油綜合利用等5類模式及通用技術裝備的升級示范。

2017年3月份，國家發改委、工信部發布了《現代煤化工產業創新發展布局方案》。方案規劃布局了四個現代煤化工產業示范區：陜西榆林、新疆準東、寧夏寧東、內蒙古鄂爾多斯。對于上述煤炭富集地區，發展煤炭資源深加工是改善地區經濟最有效的手段，可以進一步拉長產業鏈條，實現煤炭資源的“吃干榨盡”和最大產出效益。同時，方案提出煤化工相關產業融合發展的理念，即跨行業、跨地區優化配置要素資源，促進現代煤化工與電力、石油化工、冶金建材、化纖、鹽化工等產業融合發展，構建循環經濟產業鏈和產業集群，提升資源能源利用效率[2]。國家政策和文件的支持，為我國煤炭深加工、現代煤化工產業創新發展，指明了方向和道路。

2 現代煤化工技術發展現狀

現代煤化工技術主要包括煤焦化、煤氣化及煤液化[3]。近年隨著相關企業和科研院所加大技術創新力度，新技術日漸成熟，其中如煤制烯烴、煤制芳烴、低階煤分級利用等方面突破了一批關鍵技術，形成了較為成熟的終端煤化工產品。

2.1 煤制烯烴

煤制烯烴的生產工藝流程主要包括煤的氣化、甲醇的合成以及甲醇制烯烴三個部分。其中甲醇制烯烴技術是煤制烯烴技術上的核心。目前甲醇制烯烴工藝有美孚石油的MTO的工藝、中科院大連化學物理研究所的DMTO生產工藝、中石化的SMTO生產技術、Lurgi的甲醇制丙烯(MTP)工藝、清華大學的FMTP技術[4]。2010年9月，以煤為原料，經由甲醇制取烯烴的裝置在內蒙古包頭市試車成功。這套神華集團承擔的國家煤制烯烴示范化項目，正式開啟了煤制烯烴的元年，是全球首套正式工業化生產的煤制烯烴裝置。

自示范項目建成投產后，煤制烯烴技術快速發展，國內已投產或在建的煤制烯烴(含外購甲醇)項目達20多套。截止2018年底，我國建成的煤制烯烴裝置總產能已超千萬噸。煤制烯烴技術和裝備水平不斷提高、單位能效水平逐步提高，煤化工企業通過一系列全產業鏈成本控制措施的實施，產品成本較石油制烯烴成本更低，產品更有市場競爭力。煤制烯烴起到了承擔部分代替石油化工資源的作用，兩者形成了互為補充的關系。

2.2 煤制芳烴

煤制芳烴是將繼煤制烯烴、煤制天然氣、煤制油等新型煤化工項目之后的第五大產品，也是石油化工發展規劃中的重點推廣技術。

我國每年芳烴需求量遠超兩千余萬噸，而每年仍有約1000萬噸芳烴的缺口需從國外進口，國內制取芳烴絕大多數仍以石油為原料。煤制芳烴作為一種新的路線在國內有著廣闊的發展前景，主要的技術有甲醇制芳烴、煤焦油及其加氫反應物制芳烴、煤制合成氣一步法制芳烴這幾種，其中較為成熟的僅有甲醇制芳烴一種。

甲醇制芳烴的技術來源主要有中科院山西煤化所的固定床甲醇制芳烴技術(MTA)、清華大學的循環流化床甲醇制芳烴技術(FMTA)、河南煤化集團研究院和北京化工大學開發的煤基甲醇制芳烴技術等[5]。

隨著技術的不斷發展，與甲醇制芳烴的高成本相比，煤制合成氣后，再生產芳烴技術在生產成本及裝置建造方面均具有無可比擬的優越性，對于煤炭富足而能源進口成本較大的地區可利用合成氣制芳烴技術合理布局煤制芳烴產業。推廣煤制芳烴產業布局，一方面可以作為對石油芳烴的重要補充，另一方面可以減少國內PX的進口，解決國內聚酯企業原料來源單一的問題。

2.3 低階煤的分級利用

低階煤的分級利用是將低階煤視為能源與資源的共同體，以低階煤為原料，以各組分不同理化性質和轉化特性為依據，通過較少的能量獲得液體燃料、高活性半焦、有價值的化學品和高熱值的燃料氣。

根據低階煤氣化技術的種類，可將低階煤分級利用技術分為：低階煤完全氣化分級利用技術、低階煤部分氣化分級利用技術和低階煤熱解分級利用技術。其中，低階煤熱解分級利用技術因其產品最豐富、油氣品質高、工藝設備簡單、反應條件溫和(中低溫、無壓力、無需催化劑)、能源轉化效率高(均80%以上)、煤種適應性廣、能耗低、對環境污染小、易于實現大型化等特點，可實現節能、環保和經濟效益的最大化，更易于推廣應用[6]。

隨著我國煤炭生產戰略性西移，中西部煤炭資源主要是長焰煤和褐煤，具有揮發分高、含油率較高的特點，與煤炭分離利用技術結合，形成了低溫熱解-油品提質-半焦燃燒發電，低溫熱解-油品提質-半焦氣化-合成和加氫熱解-半焦氣化-費托合成-油品共氣化等不同的發展路線，實現煤轉油、氣、電、熱的循環經濟體系。

3 現代煤化工與多產業的融合發展

3.1 現代煤化工與石油化工產業融合

石油化工行業作為我國國民經濟的支柱行業，在經濟發展過程中具有重要的作用。隨著我國經濟的發展，乙烯和丙烯為代表的基本化工原料的需求逐年增加。

雖然目前烯烴類產品主要以石油化工企業為主導生產，技術較為成熟，產量趨于穩定，但仍嚴重供不應求，需大量從國外進口。如僅靠石油化工提煉無法滿足國內需求，迫切需要找到一條多元發展的途徑。隨著煤制烯烴技術的成熟，煤制烯烴已經成為拓展非石油資源轉化為基本石油化工原料的新途徑[4]。

不斷完善發展的煤制芳烴技術，則是對現代煤化工對彌補石油制芳烴產業的另一種貢獻。截止2020年，我國煤制烯烴產能已達到1200萬噸/年，約占全年烯烴產能的18%。煤制烯烴減輕了我國石油過分依賴進口的壓力，成為保證國家能源安全的重要保障措施。即使在目前低油價下的格局下，采用先進的氣流床煤氣化工藝技術、先進甲醇生產工藝、合成氣一步法等技術，仍有廣闊的發展空間。

將煤化工技術與石油化工技術融合發展，利用現代煤化工工藝替代部分傳統的石油工藝來制取烯烴、芳烴為代表的大宗化學品，可實現國家能源戰略的穩定及產業的多元化發展。

3.2 現代煤化工與鹽化工產業融合

鹽化工行業是我國國民經濟發展的基礎行業之一，聚氯乙烯(PVC)作為鹽化工產業主要產品之一，廣泛應用于包裝材料、人造革、塑料制品等軟制品和異型材、管材、板材等硬制品，是國家重點推薦使用的化學建材。

國內外PVC的生產主要有兩種制備工藝：一是電石法，主要生產原料是電石、煤炭和原鹽；二是乙烯法，主要原料是石油。受制于我國貧油、少氣、富煤的資源國情，國內生產工藝以電石法為主。生產企業受制于盈利困難，環保治理難度大、能耗高等一系列問題，在低油價下成本優勢不在，企業生產規模增長緩慢。乙烯法制PVC因其產品性能、環保方面有著天然優勢越來越受到國內企業的青睞。通過引入現代煤化工技術，利用成熟的煤制烯烴技術，將生產的乙烯產品，與鹽化工產業的氯氣產品相結合，可生產出性能更好、附加值更高的產品。

4 面臨的問題和建議

4.1 現代煤化工的問題

與石油化工相比，在生產同樣的產品時，煤化工具有投資大、能耗高、“三廢”處理量大、碳排放高等弱點。煤化工產業對于水資源的消耗較高[7]，對我國的生態環境造成了較大的影響。國內大多數煤化工企業在生產過程中，常常會占用所在地區大量的水資源，造成工業水質匱乏和自然環境破壞的現象。煤化工經過幾十年的發展，雖然給煤化工企業帶來了客觀的經濟效益，但也出現了煤化工企業發展過快所產生的一系列問題。時至今日，一些傳統性煤化工企業產能過剩問題被頻繁的暴露出來，煤化工產品因產能過剩而失去其應有的價值，淪為廉價商品。

另外，現代煤化工會排放大量的溫室氣體。有數據表明，煤制烯烴的二氧化碳排放量超過7噸/噸產品，煤制油超過8噸/噸產品，煤制甲醇約2.8噸/噸產品。與石油路線的能效對比，新型煤化工的能效較低，僅為石油路線的50%左右。

4.2 現代煤化工與石油化工、鹽化工的發展建議

現代煤化工若要取得長足的發展，必須從技術節能減排入手，提高能效水平、做好資源的循環利用，做到末端污染物的集中治理與回收。通過與相關產業的融合發展，彌補產業發展弱勢，取得多贏的發展效果。

伴隨著現代煤化工的快速發展，使得煤經甲醇生產多種清潔燃料和基礎化工原料成為可能，這也給石油化工和煤化工融合發展帶來了新的機遇。現代煤化工裝置與石化基地配套融合建設氣化島，在煤油共煉、煉廠補充氫源、烯烴產品、CO2回收驅油等領域獲得結合點，實現由碳一化學轉向多碳化學的轉化，即可提升油品品質，也可降低碳排放，推進可再生能源的大規模應用，實現清潔能源多能互補、促進煤化工與石油化工協調發展。

煤-鹽聯合化工則以煤炭和原鹽產業鏈為核心內容、以資源綜合開發利用為主要特色、以鹽化-煤化一體化工程為基本路線，通過煤炭分級利用技術生產焦煤氣、煤焦油、焦炭，同時將干餾后的氣液固分別與現代煤化工技術結合，將原本棄之不用的焦油和焦爐煤氣通過新的工藝和新的技術使焦油進行粗苯精制，焦爐煤氣生產天然氣，焦炭生產合成氣制甲醇。依托甲醇制烯烴技術將生產出來的烯烴產品與鹽化工副產品生產聚氯乙烯。同時，原煤發電供園區動力電使用，副產蒸汽作為煤-鹽化工園區的熱源，形成閉路循環的產業鏈，將各生產單元之間原料、產品和副產品互連，打造原鹽-燒堿-聚氯乙烯產業鏈、煤-焦炭-化學品產業鏈、原煤-甲醇-烯烴產業鏈，最終達到綜合利用的目的。

5 結 語

在我國安全、環保管理要求、標準日益嚴格的背景下，現代煤化工技術的競爭將變得日益激烈。隨著煤炭分級利用及煤制芳烴技術的不斷發展，加強與鹽化工、石油化工產品的融合，設置適宜的產品目標和設計合理的工藝路線，多產業協調發展，實現我國煤炭轉化產業結構調整和優化升級、保證國民經濟的快速平穩發展。