我國煤化工的資源優勢與發展定位
——訪中國工程院院士金涌

《中國石油石化》雜志 陸曉如

【專家簡介】

金涌，中國工程院院士、清華大學教授、化學工程專家。研究領域為化學反應工程、流態化技術等的基礎研究與工程開發。先后獲美國化學工程師協會學會獎、國家技術發明獎、國家科技進步獎、全國五一勞動獎章、光華工程科技獎等。獲技術專利30 余項。近年來重點研究方向為生態工業工程和循環經濟，主持和指導多項國家發改委、生態環境部的工業生態園區和循環經濟規劃建設，積極推動循環經濟與低碳經濟的工程科學的學科基礎建設。

在發展環境復雜多變的后疫情時代，我國石油和化工行業的發展需要做怎樣的調整？近年來熱度不減的煤化工是不是應該降降溫？未來化石燃料的出路又在哪里？《中國石油石化》記者（以下簡稱“中國石油石化”）2020年年中就此采訪了致力于推進化學工業走可持續發展道路的中國工程院院士金涌。

變字當頭

中國石油石化：金院士，您好！根據您的判斷，新冠肺炎疫情給石油化工產業未來的發展帶來了哪些變數？

金涌：變數主要來自石油化工產業發展的大環境。

當前，中國正處于近代以來最好的發展時期。但是由于各國間經濟實力、軍事能力以及科研、創新等方面的軟實力對比發生諸多變化，以美國為首的西方發達國家主導建立的國際秩序正經歷大調整，引發反全球化思潮，貿易保護主義抬頭，世界處于百年未有之大變局。二者同步交織，相互激蕩，影響深刻。新冠肺炎疫情的全球蔓延更加劇了變局矛盾。美國前國務卿基辛格在今年4月3日的《華爾街日報》刊登署名文章，振聾發聵地發出“世界將在新冠肺炎疫情后永遠改變”的警示。近年來，外貿對中國GDP 的貢獻率日益重要。在新冠肺炎疫情引發國際局勢更加復雜多變的背景下，我國國內、國外循環并舉的發展格局開始發生變化。在當下關鍵時間節點上，近段時間，從企業家座談會到中央政治局會議，中國正在謀劃的是一個“以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進”的新發展格局。通過發揮內需潛力，使國內市場和國際市場更好聯通，更好地利用國際、國內兩個市場、兩種資源，實現更加強勁可持續的發展。這種發展戰略的變化，意味著后疫情時代，我們要在本土疫情防控取得重大戰略成果、經濟率先復蘇的基礎上，乘勢而上更好發揮國內產業門類齊全、市場潛力廣闊的優勢，穩住企業和就業基本盤，降低外部沖擊帶來的壓力。

中國石油石化：在這種大環境下，我國石化產業需要進行怎樣的調整？

金涌：我國石化產業產值占世界第二，但大而不強。首先表現在外貿逆差大。2019年，我國外貿逆差達2 682 億美元。其次表現在效益下滑。2019年，我國石油和化工全行業總獲利潤6 683.7 億元，同比下降了14.9%，僅占全國總工業利潤的10.8%。再次表現在高端產品、技術缺失。我國高強、高耐熱、高超純、超細、高耐磨、超導等高端制造業的化工材料需求得不到滿足，大量依賴進口。在世界大變局和我國新的發展格局下，尤其是中美摩擦不斷升級的情況下，石化產業要積極研究這些新變化，及時調整發展戰略，調整產品結構，將注意力轉移到如何滿足和刺激國內石化產品的需求上，同時把握好外貿的節奏。

煤化工熱

中國石油石化：煤化工是近年來化工行業發展的一個熱點。您怎么看煤化工熱？

金涌：中國的資源稟賦是富煤、缺油、少氣。其中，煤炭資源儲量占世界煤炭總儲量的11.6%，而石油、天然氣資源量分別只占世界資源總量的2.4%、1.2%。按照近幾年中國的煤炭、石油、天然氣產量計算，煤炭可開采與使用的年限遠高于石油和天然氣。煤的主要利用方式，一是作為燃料燃燒，二是作為原料生產各種化工產品。煤作為燃料使用會產生并排放大量CO2、SO2和NOX等污染氣體，對環境造成較大影響。而隨著煤化工技術的進步和裝置大型化、產業集約化，不僅能生產出高附加值化學品，減少生產這些產品對油氣資源的消耗，還為煤炭高效清潔利用開辟了現實可行的路徑，也有利于“三廢”集中處理與資源化利用。因此，煤化工受到追捧有一定的必然性。

中國石油石化：后疫情時代是我國發展煤化工的好時機嗎？

金涌：經過多年的發展，我國煤化工的技術水平已達到世界領先水平。研究能力、催化劑、設備、放大技術、大廠運營經驗等方面已處于世界煤化工高地。但是，煤化工的投資金額、CO2排放量、耗水量均高于石油化工的事實不容回避。煤化工的投資約是同等產能的石油化工的8.75 倍，耗水量是石油化工的13倍，CO2排放量是石油化工的3.5 倍。煤化工的物耗也高。比如一些煤制烯烴企業設計值是4 噸左右標煤產1 噸聚丙烯，但有的企業產品的實際消耗至少高出這個標準的20%以上。煤化工的利潤也讓人擔憂。煤化工總體投入很大，但利潤不高。煤制油需要油價在70 美元/桶以上，煤制化學品需要油價在55 美元/桶以上，煤制烯烴需要油價在45 美元/桶以上，煤制乙二醇需要油價在55 美元/桶以上，才能盈利。在油價處于100 美元/桶以上的高位時，煤化工的利潤可觀。但是，2014年由美國頁巖油革命引發油價暴跌后，油價一直處于低位。2019年煤化工總利潤25.7 億元。今年受疫情影響，油價再次暴跌，現在油價稍有恢復，但還沒有沖破50 美元/桶關口。目前的低油價更讓煤化工的利潤承壓。與油價下跌對應的是，煤價在上漲。2019年1—2月，5 500 大卡的動力煤每噸售價在326～390 元。而今年，5 500 大卡動力煤每噸售價上漲到500 元以上。因此，今年煤制油、天然氣、乙二醇、甲醇、醋酸全面虧損。寧夏寶豐的凈利潤下降了19.46%，包頭神華的毛利潤下降了79.7%。預計未來油價在40～65 美元/桶波動，煤化工的盈利空間必然繼續收窄。即使刨除油價因素，煤化工自身的發展也有令人憂慮之處。近年來我國煤化工發展迅速。2018年，我國煤制油產能921 萬噸，產量617.5 萬噸；煤制烯烴產能872 萬噸，產量762.5 萬噸。到2019年，煤制油的產能就提升到了1 138 萬噸，煤制烯烴的產能達到了1 540 萬噸。煤制油的路線面臨著我國柴油嚴重過剩的局面，制α-烯烴、高密度煤油、石蠟等特種產品相對市場空間受限；煤制烯烴相對油裂解法、烷烴裂解、煤制油來說并沒有優勢；煤制芳烴的成本問題不明朗，而且2023年芳烴的產能將達到5 613 萬噸，也有可能過剩。概括來說，我國發展煤化工有資源優勢，有技術優勢，但市場空間很小，大部分產品是飽和的狀態。因此，我認為煤化工的定位應是儲備技術，而不是替代技術、主流技術，未來發展要慎重。

理性發展

中國石油石化：您認為我國的煤化工未來應該走怎樣的發展路徑？

金涌：我首先對發展包括煤制油、煤制天然氣在內的煤制燃料路徑持保留態度。

煤化工應該考慮到石油化工，關注石化的發展趨勢。截至2019年底，我國煉油能力達8.6 億噸/年，已過剩約1.5 億噸。2020年，我國將有3 150 萬噸/年的煉油改擴建產能投產，在建和擬開工煉油總產能達1.2 億噸/年。2025年，我國煉油產能將達到10 億噸/年左右。未來石化煉油能力過剩情況將進一步加劇。如果再發展煤制油，無疑更加劇油品過剩。而且把以煤為燃料變成以油為燃料，固體燃料到液體燃料的轉化，能量損失很大，能源轉化率低，同時污染比較嚴重。這絕不是一個低碳的路徑，因此我認為煤制油不是好的發展路徑。有人提出，我國原油、天然氣產量滿足不了國內需求，需要大量依靠進口。石油、天然氣對外依存度太高給國家能源安全帶來了威脅。而發展煤制油、煤制氣，正好可以保證車用化石燃料的來源，減少石油、天然氣的需求，保障國家能源安全。我個人認為，首先不要怕進口。只要促進來源多元化，保證進口渠道暢通，國家能源安全就有保障。而且我國每年石油缺口上億噸，煤制油替代不了這個缺口。第二，什么時間把煤制油、煤制氣技術從戰略儲備技術變成戰略產業，這個時機要把握好。如果過早地推進，企業沒有利潤可談，而且消耗了大量煤炭資源，并不能取得很好的經濟效益和社會效益。其實把煤轉化成燃料的思路可以轉變一下。除了制油，煤可以制醇醚類產品，比如煤制甲醇。甲醇汽油環保、成本低，是一種“以煤代油”路徑，可以作為汽油的替代物，從而實現對原油的部分替代。甲醇動力乘用車已在山西、貴陽等甲醇汽車試點市場投放運行，市場效果良好。如果發展M10 甲醇汽油，將有千萬噸市場。2020年5月14日，美國空氣化工產品公司宣布將投資約20 億美元在印度尼西亞東加里曼丹省建立世界級煤制甲醇裝置，每年用600 萬噸的煤產生200 萬噸的甲醇，對準的就是中國市場。國外芬蘭瓦錫蘭、德國曼恩還將甲醇船用燃料作為船用燃料轉型升級方向。再比如煤制二甲醚。二甲醚自身屬于富氧燃燒，燃燒后沒有殘留，是替代液化氣的清潔能源。但是，目前國內二甲醚在柴油卡車上的應用還處于起步階段。煤化工要走高附加值的產品路徑，盡量做化工產品而不是做燃料。但是，煤制烯烴現在生產的大多是大路貨，而且轉化率不高，副產物高。雖然PP、PE 在3～5年內無過剩之虞，但大路貨的利潤空間將不斷被擠壓。目前交聯PP、車用PP、茂金屬PE國內均依賴進口，EVA 則嚴重不足。因此，煤制烯烴的出路一定是要精細化、高端化、深加工，不斷提高產品的附加值。

中國石油石化：您看好哪類煤化工的發展？

金涌：我個人看好煤炭的分質利用。以煤熱解為龍頭的煤炭分質分級利用，在提取了包括煤焦油、煤氣等輕質高附加值組分后，還能方便地與傳統煤化工、現代煤化工、超超臨界發電、城市熱電聯供以及建材等煤的所有應用領域實現耦合，實現煤炭資源的分質與利用，對各個分級產物進行梯級利用、吃干榨盡，構筑起跨行業發展的大煤化工構架，使煤炭高效利用的途徑更豐富、前景更廣闊。國家科技部已將百萬噸煤定向熱解制高品質焦油及煤氣確定為“十三五”重大科技攻關項目，要求2020年以前取得突破，建成百萬噸級工業化示范裝置。這表明煤炭分質分級利用得到國家層面認可，擁有了政策基礎。

替代燃料

中國石油石化：您認為煤制燃料的路徑不佳，那您認為未來燃料的出路在哪里？

金涌：現在太陽能和風能已經比煤電便宜，而碳稅必將到來，還將提高煤電的成本。煤炭不是未來燃料的出路。“原油之神”安迪·霍爾引用沙特前石油部長亞馬尼的著名話語說：“石器時代的終結并不是因為缺乏石器，而石油時代也將在世界石油耗盡之前結束。最終導致石油時代結束的，不是沒有石油，而是人們不再需要石油了。”導致人們不再需要石油的原因，他提出可再生能源將取代石油，“由于技術、電動汽車和可再生能源的發展，到2030年，全球石油消費將持平甚至出現下滑”。未來燃料的出路一定是在于科技創新，發展可再生能源，包括風電、水電、光伏等。現在可再生能源的關鍵問題不再是如何高效轉化為電能，而是儲能技術。清華大學化工系的一個重大思路轉變是開始專注研究儲電技術。從鋰電池、鋰硫電池到液流電池、壓縮空氣儲能，儲電技術可以說有了很大的進步，而且能源材料的進步在助力儲能技術的進步。

例如：清華大學研發制備的碳納米管導電碳漿具有高的電導率，性能穩定，制備工藝簡單，適用于工業化大規模制備，得到應用推廣后帶動了新能源行業的發展。現在清華大學還在研究更安全的固態化化學電源。它與傳統鋰電池的最大區別是，采用固態電解質替換有機液態電解液，帶來安全性的巨大提升。在科技創新的推動下，新能源車發展很快。2008年鋰離子動力電池應用于電動汽車十余年以來，實際裝車產品能量密度從100 瓦時/公斤提升到了250 瓦時/公斤，實現了蓄電池領域百年以來的革命性突破。2019年鋰電池的能量密度達到了304 瓦時/公斤，能量密度上升了2 倍，成本下降了80%。2019年，全球新能源電動車銷售量達210 萬輛，占汽車銷售總量的2.6%；新能源電動車保有量720 萬輛，占汽車保有量的1%。

至2030年，預計全球新能源電動車可達2.45 億輛。但不可否認的是，電池熱失控導致的安全問題、性能衰減導致的壽命問題依然是新能源車發展的瓶頸。因此，未來新能源創新突破的方向包括安全、使用壽命，以及不斷的智能化、低碳化。

中國石油石化：近年來氫能頗受關注。您認為氫能是未來能源的出路嗎？

金涌：我個人認為氫產業具有迷惑性。因為自然界中不存在自然的氫，氫也不是最終能源。氫必然是二次能源，需要通過技術的力量轉化而來。但不論是煤制氫、天然氣制氫、尾氣提氫、水電解制氫、光解水制氫等都要打問號，因為轉化本身就要消耗能源。我們不要被氫迷惑，要冷靜看待。現在用氫能的成本還很高，并不適合于做燃料。未來如何還要看技術突破的程度，盲目跟風不可取。我個人支持把廢塑料利用作為未來能源的出路之一。我國每年產生數千萬噸的廢塑料。廢塑料經熱裂解技術處理后，可以產生廢塑料裂解油及炭黑等產品。不但使廢塑料得到有效回收處理利用，而且所得產品均具有相應的用途，帶來了經濟效益與社會效益。國家應該支持企業做這個事。此外，我個人比較關注光合作用微藻產油技術。藻類生長速度、陽光利用率是陸生植物的數十倍和數倍，微擬球藻以甘油三酯形式儲存所固定的光合作用產物。發展微藻生物能源，是解決能源危機和環境問題的有效途徑之一。美國通過降低某轉錄因子的表達使脂質產量提高了一倍。我國目前微藻生物能源的藻種篩選、室外養殖、采收、油脂提取、能源制備等各工藝環節均已經打通，但成本高制約了微藻生物能源的產業化發展。這是一個有前途的技術，利用光的效率高，應該投入研究力量。概括來說，疫情以后，我國石油化工行業發展的機遇、風險并存。進行相關投資需多策劃，有大的視野，明確科技創新是唯一的出路。從發展方向上，要著力補短板、強弱項，推動行業高質量發展；集中力量突破卡脖子關鍵技術，推動綠色發展；轉換發展模式，學習歐洲清潔、低排CO2、可持續的發展思路，與國際思路保持一致。