现代煤化工之近与远

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  作者:中国石油和化学工业联合会副会长 傅向升

  我国资源禀赋属多煤缺油少气,从深化能源革命出发和国家能源战略安全考虑,形成了今天世界领先的现代煤化工产业。经过多年的创新与发展,我国现代煤化工技术取得突破性进展,一些关键技术的水平已居世界领先地位,还积累了非常宝贵的经验和数据,为我国深化能源革命、强化能源安全战略以及煤化工与石油化工的互补与协同发展积累了经验。

  在全球经济下行压力和国际经济环境不确定性因素不断增加的情况下,现代煤化工产业发展面临的困难和挑战更加复杂多变,现代煤化工的未来发展面临着诸多挑战。现代煤化工之未来在高质量发展,现代煤化工产业的近期与远期、当前与未来都值得我们深思!

  化学工业及煤化工之极简史

  19世纪初,化学及化工技术实现突破,20世纪进入了快速发展时期,化学工业在人类及社会进步方面扮演了极其重要的角色。

  世界人口大幅增加,人类却摆脱了忍饥受饿的窘态,且平均寿命大大延长,这都是化学与化工技术进步的贡献;人们五彩缤纷的华丽衣裳和靓丽的生活环境,都是化学工业合成纤维、染料及涂料、颜料的贡献;人们汽车出行的方便、高铁飞驰、航空旅行,都是化学工业合成材料及其复合材料的贡献;人类月球行走、宇宙探秘以及远洋深潜,都是化工新材料、专用化学品及特种密封材料的贡献。甚至可以说自二战以来,人类共享70多年的世界和平环境,也是人类通过化学技术的进步,掌握了核聚变,为和平所用而带来的福祉。

  化学工业的早期就是从煤化工开始的,最早从煤焦油组分开启了人工合成染料工业,不仅为人们增添了五颜六色,而且紫色也不再只属于贵族;从煤造气、合成氨,发展了造福农业、造福人类的化肥工业;从电石经乙炔化工,发展了聚氯乙烯材料以及一系列有机化学品;从煤制甲醇经碳一化学,发展了羰基化醋酸、甲酸及聚乙烯醇乳液(纤维)等系列产品。

  二战以后,随着石油天然气的产量不断增加,石化工业迈入了黄金时代,尤其是石化领域的技术与创新快速进步,石化工业展现出了更强的优势和市场竞争力,全球天然气为原料的合成氨、甲醇产量很快都超过了煤头,电石乙炔路线的聚氯乙烯被乙烯氧氯化工艺取代,以煤焦油中的苯、萘为原料的顺酐、苯酐都被石油轻烃碳四和炼化产品邻二甲苯路线替代。今天石化产品的80%以上、有机化学品的90%以上都来自于石油天然气为原料的石化工业。

  煤化工产业全球只限于中国和南非,南非是因为严重缺乏原油而煤炭资源丰富,又加上上世纪的国际禁运,无奈发展了自己的煤化工产业。当前国际解除禁运以后,南非煤化工产品的重点不再是油品而是主攻化学品。我国是因为资源禀赋属多煤缺油少气,石油天然气的对外依存度又不断攀升,从深化能源革命出发和国家能源战略安全考虑,形成了今天世界领先的现代煤化工产业。

  现代煤化工之现状

  现代煤化工是相对于传统煤化工而言,传统煤化工一般包括:以煤为原料的电石乙炔产品链,以煤为原料的甲醇碳一化学产品链,以及大家熟悉的煤气化合成氨的化肥产业链。现代煤化工是指以煤为原料采用先进技术和加工手段生产替代石化产品和清洁燃料的产业,目前有煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇,近两年又进一步发展了煤制芳烃、煤制乙醇等。

  经过多年的创新与发展,尤其是在“十三五”期间,按照《现代煤化工产业创新发展布局方案》布局的内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、宁夏宁东、新疆准东4个现代煤化工产业示范区的产业化和升级示范,现代煤化工技术取得突破性进展,煤制油、煤制烯烃、煤制芳烃等一些关键技术的水平已居世界领先地位,并积累了非常宝贵的工程化、产业化经验和实际运行数据。

  据煤化工专委会统计,2018年现代煤化工产业规模和装置的长周期稳定运行都稳步提升,能耗、水耗和“三废”排放不断降低,产品差异化水平得到改善;煤制油、煤制气、煤制烯烃和煤制乙二醇四大类已投产项目的累计投资约5260亿元,生产主要产品1828。3万吨,年转化煤炭约9560万吨。

  其中:煤制油2018年总产能为921万吨/年;全年产量617.5万吨,较上年度增加294.8万吨,增幅91.4%;产能利用率67.0%。9个投产项目累计完成投资约1460亿元,2018年转化煤炭约2960万吨。

  煤制气2018年总产能为51.05亿立方米/年;全年产量30.1亿立方米,较上年度增加3.8亿立方米,增幅14.4%;产能利用率59.0%,较上年度增加7.5个百分点。4个投产项目累计完成投资约680亿元,2018年转化煤炭约990万吨。

  煤(甲醇)制烯烃2018年新增产能60万吨/年,总产能达到1302万吨/年(其中煤制烯烃产能872万吨/年),全年产量1085。0万吨(其中煤制烯烃产量762。5万吨),较上年度增加91。4万吨,增幅9。2%;产能利用率83。3%(其中煤制烯烃87。4%),较上年度增加3。3个百分点。13个煤制烯烃投产项目累计完成投资约2690亿元,2018年转化煤炭约4730万吨。

  煤(合成气)制乙二醇2018年新增投产项目8个,新增产能174万吨/年,总产能达到438万吨/年,增幅65.9%;全年产量243.5万吨,较上年度增加89.9万吨,增幅58.5%;产能利用率55.6%。已投产的20个煤(合成气)制乙二醇项目累计完成投资约430亿元,2018年转化煤炭约880万吨。

  现代煤化工之挑战

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傅向升在煤化工企业进行调研。 (本报记者 闫俊荣 摄)

  在全球经济下行压力和国际经济环境不确定性因素不断增加的情况下,现代煤化工产业发展面临的困难和挑战更加复杂多变,除了受国际原油价格因国际政治环境、大国博弈、地区动荡等因素影响出现波动,以及耗水量大、原料限煤“一刀切”政策影响以外,现代煤化工的未来发展还面临着三个突出的挑战:

  一是大型产业化成套技术的挑战。现代煤化工技术方面的进步是显著的,这也是发达国家和跨国公司十分重视我国现代煤化工发展所关注的焦点。技术创新不断取得进步,煤制油直接法和间接法都居国际领先水平,煤制乙二醇去年华鲁恒升的单套50万吨/年装置开车成功;高温费托合成技术在未来能源建成首套10万吨/年工业示范装置,并一次投料成功,今年4月份专家鉴定认为已达到国际领先水平;煤制烯烃技术在刘中民院士的带领下不断创新,已研发成功第三代技术,甲醇单耗2.7吨/吨、双烯收率80.23%,并且能耗、水耗都大大降低;延长的煤油气共炼技术、陕煤化的低阶煤分质利用技术等等都取得了很好的升级示范阶段性成果。

  但是,这些很多都是单项技术的突破,大型成套技术就存在明显的差距,过去为解决这类问题组织过很多“一条龙”技术攻关项目。现在回过头来看,工业性试验做了、产业化示范做了,往往是单项技术水平领先,但是其成套性及其关键设备仍然是制约瓶颈。如煤制烯烃,这是现代煤化工项目中具有典型性、开车率最高、效益最好的一个代表,但就已建成的装置全流程来看:甲醇制烯烃工段都是采用大连化物所刘中民院士的MTO或DMTO技术,而气化技术虽然有的采用国内多喷嘴水煤浆气化技术、加压粉煤气化技术等,也有的是采用美国GE公司水煤浆气化技术,气体净化技术采用的是德国林德公司的低温甲醇洗,甲醇合成工段采用的是英国戴维公司的技术,烯烃分离采用美国ABB鲁姆斯和Univation公司的技术,聚丙烯采用美国陶氏公司的技术或英力士的气相法聚合工艺,高密度聚乙烯采用英力士的淤浆环管技术,线型低密度聚乙烯采用美国Univation气相流化床聚合工艺,这是矗立在我们面前的一个个障碍。

  二是应对气候变化碳排放的挑战。全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂的挑战之一,联合国气候变化大会达成的《巴黎协定》为2020年以后全球合作应对气候变化明确了方向。全世界每年向大气中排放CO2约340亿吨,已远远超过大自然自身的平衡能力,降低化石资源利用过程中的CO2排放,进而降低大气中的CO2浓度已成为全球面临的重大挑战。由于我国能源结构一直以煤炭为主,近几年我国CO2的排放总量居各国首位,因此我国面临的CO2减排国际压力巨大。在我国已向联合国提交中国应对气候变化国家方案,并承诺到2030年CO2排放达到峰值、单位GDP排放量比2005年下降60%~65%的情况下,更是一个需要高度关注的问题。又加上我国正在积极试点并探索建立碳交易市场,炼化、化肥、煤化工等碳排放量较高的企业将作为石化领域首先纳入碳交易市场的行业,这一问题不容忽视,如果处理不好将严重制约现代煤化工产业的发展。

  三是炼化一体化快速发展的挑战。我国现在是第二石化大国、第一化工大国,中国石化产业对世界石化产业增长的贡献约38%,2017年中石油云南1300万吨/年和中海油惠州二期1000万吨/年相继投产,2017年中国新增炼油能力占全球新增的70%。大连恒力2000万吨/年已于2018年12月15日正式投料、今年5月17日全面投产;浙江石化一期2000万吨/年设备安装已全部完毕、正在抓紧工程扫尾,将于近期投产;江苏盛虹1600万吨/年一体化装置和中石油揭阳基地都于年前开工,中石化镇海二期、古雷炼化一体化装置以及南京、上海、茂湛基地,都在施工过程中,埃克森美孚大亚湾新项目、巴斯夫湛江新材料项目及其扬巴二期等新项目都在紧锣密鼓的筹备过程中。

  现代煤化工与石油化工只是原料不同,产品结构都归于油品、烯烃、芳烃等石化产品链,市场的竞争将殊途同归。以烯烃为例,据《2019重点化工产品产能预警报告》统计,乙烯2019年将新增产能500万吨/年,总产能将达到3050万吨/年,其后5年将是乙烯新装置的密集投产期,预计2025年我国乙烯产能将超过5000万吨/年;如果乙烷裂解制乙烯项目有所突破的话,其产能将进一步增加。丙烯2019年将新增产能400万~500万吨/年,总产能将突破4000万吨/年,按照在建和拟建的项目预测,2025年总产能将达到5600万吨/年;如果已公布的在建和拟建的丙烷脱氢45个项目如期建成的话,其总产能将超过6200万吨/年。

  另两个相关产品,乙二醇由于大型炼化一体化装置的相继投产,今明两年将新增产能600万吨/年,2020年总产能将达到1662万吨/年,表观消费量约1710万吨,基本平衡;若现有规划的项目都能建成,2025年总产能将达到2200万吨/年,届时表观消费量也就2230万吨。对二甲苯(PX)有多套装置将于近期投产,今年将新增产能896万吨/年,总产能将达到2275万吨/年;目前在建的项目11个,产能2080万吨/年;拟建项目还有6个,产能1060万吨/年,2025年总产能将达到4400万吨/年,产销也将处于饱和状态。

  现代煤化工高质量发展之未来

  我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。在今年4月召开的2019石化产业发展大会上,石化联合会会长李寿生在报告中指出“中国石化产业正在进入高质量发展的新阶段”,这一基本判断得到了与会专家和部委领导的认可。2019年是中国石化产业转型发展跨入崭新阶段的重要转折,是行业高质量发展的转折年。现代煤化工之未来也在高质量发展,而现代煤化工高质量发展应把握和突出以下原则和重点:

  一是经验和教训是现代煤化工未来之必要。认真总结“十三五”以来升级示范的经验十分必要,《现代煤化工产业创新发展布局方案》中指出,现代煤化工技术虽然取得重大突破,但是尚不完全具备大规模产业化的条件,系统集成水平和污染控制技术有待提升,生产稳定性和经济性有待验证,行业标准和市场体系有待完善,目前现代煤化工产业整体仍处于升级示范阶段。“十三五”还剩一年时间,马上就要启动“十四五”国民经济及各行业和各地区新的发展规划,在回答“现代煤化工要不要大发展”这个问题之前,我认为首先应作一个必选题“我们的升级示范是否取得了预期的目标”。这是一个很重要的基础性工作,也是一个根本前提,十分必要!例如,对规划布局现代煤化工产业示范区、加快推进关联产业融合发展、突破部分环节关键技术瓶颈、提升系统集成优化水平以及大力提升技术装备成套能力等结果如何?对严格项目建设要求、规范审批管理程序、推动资源合理配置、强化安全环保监管等保障措施执行的如何?尤其是示范装置的开工率、运行稳定性、经济竞争性如何?产业技术与核心装备示范的关键、产业融合发展的效果、“三废”排放情况及治理水平以及环境准入条件的要求等等,都要放到国际石化大产业、大背景、大平台上重点总结,不仅要认真总结成绩,更要认真查找差距。这项工作做扎实了,再来回答现代煤化工产业在升级示范的基础上如何发展?在哪些方面需完善提升、哪些短板必须补齐?

  二是技术创新是现代煤化工未来之关键。现代煤化工领域的技术创新是石化行业“十三五”五大战略创新的重点之一,前文提到现代煤化工产业面临关键技术的挑战和制约,尤其是大型产业化成套技术和重大装备的创新差距更大。下一步在加大原始创新和核心技术关键技术创新的基础上,要重点突出集成创新和产业化技术成龙配套及其优化水平,不断提升新型气化技术、MTO及DMTO技术、煤炭直接法/间接法液化技术以及气体净化技术、大型低压甲醇合成技术及其重大装备的升级与水平。我们不能把世界公认的“世界领先水平”的现代煤化工产业的一套套产业化装置,建立在“万国牌”技术和关键设备组合甚至是拼装的基础上,我们能不能设想“十四五”期间完全立足自主技术和装备,从气化技术到烯烃聚合技术全流程的升级示范装置呢?似乎觉得我们已经具备这样的基础和条件;从事科技创新的科学家和工程师们应该有这样的目标,从事现代煤化工产业的企业家们也应该有这样的目标!所以创新方面,在认真总结升级示范经验和教训的基础上,突出优势和短板,集中力量攻克一批制约现代煤化工产业高质量发展的“卡脖子”技术、补短板技术,甚至是颠覆性技术;还应该认真研究组建现代煤化工产业公共创新平台或技术创新联盟,并强化创新人才和团队的培育和成长,通过创新引领煤化工产业高质量发展,实现新的突破。

  三是绿色发展是现代煤化工未来之根本。在全球石化产业结构深度调整的大背景下,绿色发展已是科技革命和产业结构优化升级的主要方向,石化产业由于资源型和能源型的属性,也决定了其“三废”排放量居工业领域前列,煤化工产业的特殊性在绿色发展方面更面临着艰巨的挑战。现代煤化工领域的CO2排放、用水量及其排放以及难降解废水高效处理、高含盐废水处理处置、结晶盐综合利用等,都是社会高度关注的焦点。现代煤化工产业高质量发展要认真贯彻《促进石化产业绿色发展指导意见》的部署,落实《石化产业绿色发展行动方案》及其“六大专项行动计划”的要求,加强全过程控制管理,降低“三废”排放强度,提升“三废”资源化利用水平,推动末端治理向综合治理转变,提高产业清洁低碳发展水平;高度重视能量综合利用、水循环利用、CO2减排及其捕集应用等,尤其是结合产业化示范工程,认真研究煤化电热以及多联产的产业融合发展模式及其效果,深入开展CO2驱油驱气等研究和示范,有条件的地方也可以与高校、中科院院所等联合开展CO2制化学品等课题研究。现代煤化工产业通过深化绿色制造体系建设,加大培育绿色发展典型企业和园区的示范力度,实现源头控制、过程清洁和末端治理并重,不断提升全行业绿色发展的水平。

  四是产品差异化高端化是现代煤化工未来之首选。我国缺油少气多煤的资源禀赋决定了现代煤化工产业的发展潜力和空间,去年原油对外依存度高达70.8%,天然气对外依存度大43.2%;我国石化产品“低端过剩、高端缺乏”的结构性矛盾十分突出。去年我国石化行业的贸易逆差2833亿美元,同比大增42.5%,而进口石化产品大多是化工新材料和专用化学品。与现代煤化工产业相关的产品就有:乙烯进口单体258万吨、聚乙烯进口1402.5万吨(同比增长18.9%);丙烯进口单体284万吨,聚丙烯进口440万吨;乙二醇进口954万吨,PX进口1590万吨。又加上我国沿海地区大型石化基地和炼化一体化装置的大量投产,很多石化产品大量靠进口、自给率低的突出矛盾将会明显改善,特别是成品油过剩、大宗基础石化产品过剩、通用性合成材料过剩等状况会进一步加剧。很多企业都在加大产业链的延伸和产品结构的调整力度,都在产品的高端化、专用料等方面下功夫,所以现代煤化工产业的未来发展一定要市场为导向,既与东部大型石化基地做好协同发展,又要与炼化一体化装置的产品结构做好差异化发展。现代煤化工产品与石化产品有着不一样的分子链结构和自己独特的性能优势,在高质量发展的过程中做好差异化和高端化,就会有着自己的市场定位和竞争优势。

  五是集群化发展是现代煤化工未来之未来。打造现代产业集群是十九大提出建立现代经济体系的重要内容,党中央国务院正在研究立足现有经济基础培育世界级产业集群的指导意见或实施方案。石化产业的高质量发展首先要重点培育一批具有全球竞争力的世界一流企业,突出主业做强核心竞争力,全面提升企业的现代化管理水平和国际化经营能力,成为全行业高质量发展的重要支柱。同时,石化产业高质量发展还将依托现有石化园区培育一批具有全球竞争力的石化产业集群,这是发达国家经济发展的成功实践和经验。全国共有石化园区676家,收入在500亿元以上的有47家,按照国务院新修订的《石化产业规划布局方案》的部署和“科学规划,布局合理,产业协同,管理高效,集群发展”的思路,现有沿海七大石化基地和榆林、宁东、鄂尔多斯、新疆准东4个西部现代煤化工产业示范区,立足自身优势,按照东西部优势互补、差异化发展的原则,突出化工新材料、专用化学品、特种化学品等高端产品链,培育配套性强、产业链协同性强、产业集聚度高、能量梯级利用的世界级石化产业集群,并积极争取列入国家试点示范,全力构建石化与现代煤化工产业基地化、园区化和集约化、一体化的高质量发展支撑体系。

  今年前4个月现代煤化工有喜有忧,总的看产能利用率都高于去年,其中煤制烯烃95.5%(包括甲醇制烯烃的话是89.0%)、煤制油84.7%、煤制气90.1%、煤(合成气)制乙二醇71.2%。但是受全球经济下行压力不断增加、国际油价不确定因素增多以及自身因素的影响,效益都不理想,煤制烯烃盈利好些,而煤制油受税负影响、煤制气受入网难和入网价格低影响都亏损。变化最大的是煤制乙二醇,从去年11月价格一路下跌,至4月底华东市场跌至4500元/吨左右,较去年同期下跌超过40%,煤制乙二醇装置多数陷入亏损。然而,从当前的情况看新项目还将不断投产,预计2019年煤制油总产能保持不变,煤制气新增投产项目1个,煤制烯烃新增投产项目6个,煤制乙二醇新增投产项目8个。现代煤化工大发展的势头不减,东部石化热、西部煤化热的“热度”都处于高温区,现代煤化工产业的近期与远期、当前与未来都值得我们深思!


关键字:煤化工
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