我国现代煤化工产业现状及发展建议
2014-02-28中国石油和化学工业联合会
文/中国石油和化学工业联合会
进入新世纪以来,国际油价长期高位运行,能源多元化趋势日益明显。随着我国经济社会发展对能源和化学品需求的快速增长,油气对外依存度逐年攀升,“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”的资源禀赋状况催生了现代煤化工产业的快速发展。然而,“井喷式”的发展模式、较高的水资源与能源消耗以及“三废”排放,使得煤化工产业倍遭诟病。我国要不要发展现代煤化工、怎样发展现代煤化工,一直是业内争议不断的重要话题。本文在分析我国现代煤化工产业现状、发展的必要性和面临的问题的基础上,提出了现代煤化工产业的发展思路和政策建议。
我国现代煤化工产业发展现状
现代煤化工是指以煤为原料通过技术和加工手段主要生产替代石化产品和清洁燃料的产业,包括煤制醇醚、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制油、煤制天然气、煤制芳烃和煤化电联产等领域。我国现代煤化工产业经过30多年的科技攻关和技术积累,特别是通过“十一五”以来的工程示范和部分推广,无论是在产业关键技术突破、重大装备自主化研制,还是在产品品种开发和生产规模等方面,都取得了较大进展,成为近年来发展最快的新兴产业之一。主要呈现以下几个方面的特点:
一是产业规模快速增长。2013年,我国甲醇总产能5511.2万吨、产量2878.5万吨,二甲醚总产能1315万吨、产量503.2万吨,媒制油投产项目产能282万吨、产量约l70万吨,煤制烯烃产能254万吨、产量约180万吨,煤制乙二醇产能90万吨,已投产的两个煤制天然气示范项目一期工程规模合计27.05亿立方米/年。2013年,我国现代煤化工产业煤炭消耗总量约为1.8亿吨,产业总体规模已居世界首位。此外,国家批准的一批煤制油、煤制天然气示范工程以及煤制烯烃升级示范工程正抓紧建设,预计到2020年煤制油、煤制气达到3000万吨和500亿立方米。
二是示范工程运行稳定,效益初显。“十一五”以来,我国先后开展了煤直接制油、煤间接制油、甲醇制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇、煤制二甲醚等多项工业化示范,其中煤制油、甲醇制烯烃、煤制二甲醚等示范工程已建成并实现了稳定运行。2013年,神华集团鄂尔多斯108万吨/年煤直接制油示范项目共生产油品86.6万吨,全年开车运行7556小时,首次超过设计值7440小时,实现利润4亿元。神华集团包头煤制烯烃示范项目累计生产聚烯烃产品54.5万吨,实现利润10亿元。内蒙古伊泰集团16万吨/年煤间接制油项目生产油品18.16万吨,实现利润1.93亿元。此外,内蒙古金煤化工煤制乙二醇、内蒙古新奥集团煤制二甲醚、大唐集团内蒙古克旗煤制天然气年产40亿立方米项目一期工程,以及新疆庆华能源集团年产55亿立方米煤制天然气一期工程等项目均已建成投产。
三是产业集中度明显提升,基地化格局初步形成。以甲醇为例,已形成山西晋城无烟煤矿业集团、神华集团、河南煤业化工集团、兖矿集团、中海油等10家百万吨级生产企业,合计产能占全国总产能的36.9%。近几年全国各地煤化工项目纷纷启动建设,在国家产业规划引导下,项目主要集中在内蒙古、山西、陕西、新疆、宁夏等省区。其中,内蒙古煤化工产业规模最大,呈现出由示范项目向示范基地建设转变,产业化、规模化、集群化发展势头强劲。
四是关键技术和装备研发实现新突破,取得一批重大科技成果。“十一五”以来,我国现代煤化工技术在多个领域获得新突破,自主开发了大型先进煤气化、大型煤制甲醇、煤直接制油、煤间接制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、万吨级煤制芳烃、低阶煤分质利用、合成气变换等技术,并促进和带动了煤化工装备的研制。日处理煤量2000吨级以上大型煤气化装置,大型变换炉、低温甲醇洗、12万等级大型空分、8万等级以上空分空气压缩机、百万吨级煤制油反应器、60万吨级甲醇制烯烃反应器等装备,以及配套的锁斗阀、煤浆阀、渣水阀等特殊阀门先后实现自主化研制和生产。
发展现代煤化工产业具有重要意义
第一,发展现代煤化工是煤炭高效清洁转化的重要方向。我国能源结构以煤为主,2013年煤炭消费总量为36.1亿吨,其中电力用煤占52.9%,钢铁用煤占15.3%,建材占16.1%,化工累煤占6.6%,其他用煤占9.1%。目前煤炭主要用于直接燃烧,能量利用率不高,碳排量大,是引起雾霾和PM2.5的主要因素。我国绝大多数的CO2、SO2和烟尘排放都由燃煤引起,且CO2排放量呈逐年上升趋势,煤炭利用方式必须转变。现代煤化工以洁净煤技术为基础,可将硫、重金属等回收,将CO2等集中处理,是煤炭高效清洁转化利用的重要方向。
第二,发展现代煤化工可为国民经济发展提供重要支撑。我国仍处于发展的重要战略机遇期,工业化和城镇化进程加快,对能源和石化原材料需求快速增加。《烯烃工业“十二五”发展规划》预计,2015年我国乙烯需求量约3800万吨,年均增长率5.1%;丙烯需求量约2800万吨,年均增长率5.4%。据中石化预测,2015年我国聚乙烯和聚丙烯产能分别只能达到1588万吨和1698万吨,供需缺口较大;乙二醇生产远远不能满足国内聚酯产业需求,2015年我国乙二醇消费量将达到l350万吨,仍存在750万~820万吨缺口需要进口解决。
此外,汽车保有量增加,车用燃料需求和缺口增长加快。2012年底,全国汽车保有量1.2亿辆,预计到2020年将达1.5亿辆,届时我国成品油需求量将达到3亿吨,车用液体燃料将成为我国石油消耗的最大用户。现代煤化工不仅可以提供相应的原料和产品,而且具有一定的成本优势。
第三,发展现代煤化工有利于促进传统产业结构调整和优化。现代煤化工产业技术进步快、发展潜力大,可与石油化工、冶金、电力等传统产业耦合,提高综合效益,促进传统产业结构优化。例如,煤制合成气可以为炼钢提供优质还原气、为石油化工提供廉价的氢源;甲醇制烯烃与石脑油制烯烃结合可以提高石油化工的经济效益;煤制烯烃与电石法聚氯乙烯产业结合,替代部分电石法聚氯乙烯产能,可以减少汞污染、降低能耗,促进聚氯乙烯产业转型升级;煤化工副产的高浓度CO2,易于捕集,用于回注油田、煤矿,可以提高油田采收率、煤层气开采率等。
另外,发展现代煤化工也是保障国家能源安全的需要。2013年,我国石油和天然气的对外依存度分别达到58.1%和31.6%,预计未来油气对外依存度仍将继续攀升,油气过度依赖进口对我国能源安全保障带来很大隐患。充分发挥煤炭资源相对丰富的资源优势,生产成品油、天然气和石化产品,作为石油化工的重要补充,能够为国家能源安全提供重要保障。
现代煤化工产业发展面临的问题
现代煤化工在大规模、高速度发展的同时,面临着水资源、环境、技术、标准等多方面挑战。当前发展面临的主要问题表现在:
一是存在过热风险。现代煤化工在高油价下具有很大的经济优势,也成为地方政府拉动经济发展的制胜法宝。虽然政府近年来积极引导和大力实施结构调整和转变经济发展方式,但依靠投资拉动增长的模式仍然是重要动力。目前,部分煤炭产区政府要求将50%的煤炭资源就地转化,并以此作为是否为企业配套煤炭资源的重要条件,制定了规模庞大的煤化工发展规划;企业为了得到煤炭资源,“逢煤必化”成为必然选择。近几年,众多煤炭、电力、石化等大型企业先后在山西、陕西、内蒙古、新疆、宁夏、河南、山东、黑龙江等省区规划、投资现代煤化工项目。据石化联合会煤化工专委会提供的信息,我国处于运行、试车、建设和前期工作阶段的煤制油项目26个、煤(甲醇)制烯烃项目58个、煤制天然气项目67个,如果全部投产,预计2020年可能形成4000万吨/年煤制油产能、4100万吨厂年烯烃产能、2800亿立方米/年煤制天然气产能。亟需加强规划引导。
二是关键技术有待突破,产品同质化现象突出。现代煤化工产业是以技术为先导的技术密集型产业,很多关键技术还有待突破,如新型催化技术、大型先进煤气化技术、煤化工大型工程化技术、高盐废水处理技术等。目前具备产业化和开展工业性示范的技术和产品不多,仅有煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇等,各地煤化工规划的声品方案也主要集中在煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇等领 域,项目产品方案雷同,可能导致激烈的同质化竞争,并影响产业整体效益 和出现新的产能过剩风险。
三是已有技术可靠性和项目经济 性有待验证。大型现化煤化工项目技 术复杂,资金投入大,工程建设和生产 运行难度较大,一些核心技术初次商 业化,工业流程和技术集成尚待优化, 全流程设备选择尚没有完全定型,许 多工程问题还有待进一步解决,有的 甚至影响了示范工程的正常运行。如 某企业的煤制气项目,开车一个月后 因多台气化炉内壁磨损泄露导致停产 检修,虽然生产逐渐恢复但开工率长 期较低。建成的示范工程普遍运行时 问不长,技术可靠性和项目经济性有 待验证。目前投运的示范工程项目,在 能源转化效率、煤耗、水耗等技术经济 指标方面存在较大的提升空问。
四是面临资源和环境制约,综合 竞争力受到影响。我国煤炭资源主要 分布在水资源相对匮乏和生态比较脆 弱的中西部地区,有些地区已无多余 的取水和排污指标。煤化工产业过快 发展有可能打破局部地区脆弱的水资 源平衡和生态环境平衡,直接影响当 地经济社会平稳发展和我国减排目标 的实现。煤化工行业碳排放量较大,据 统计,我国煤化工产业CO2排放量已超 过2.0亿吨,2015年将达到约4.7亿吨。 为了减少排放,必须采用清洁生产工 艺,这就势必在高投资的基础上进一 步增加投资成本,如果开征碳税,煤化 工项目的综合竞争力将进一步降低。
五是人才、技术规范和标准尚不 健全。现代煤化工产品质量及应用等 标准缺乏,是产业发展面临的突出问 题。煤制化工产品、煤制燃料的质量和 物化性质与传统石油基能源化工产品 有所不同,需要制定相应的使用标准和规范。由于标准缺乏,影响了煤化工 产品的生产、流通和使用。另外,现代 煤化工属于技术、人才密集型产业,需 要大量各娄专业技术人才和熟练的操 作工人,而各类学校培养出来的专业 技术人才和操作工人需要5~1 0年 才能成熟,这将直接影响煤化工示范 项目的建设与发展。
六是面临海外低成本产品的竞争 压力。北美页岩气的开发大大降低了 石化产品的生产成本。中东地区拥有 丰富的天然气资源,近年来致力于向 下游延伸石化产业链,不断投资建设 大型石化生产装置。以中东地区为例, 以乙烷裂解制乙烯以及进一步生产乙 二醇的生产成本都大大低于我国煤制 乙烯和煤制乙二醇成本,这些产品将 出口到我国市场,必将对我国石油化 工和煤化工产业产生影响。
我国现代煤化工产业发展思路
我国工业发展正处在转型升级的 重要时期,现代煤化工产业发展的总 体思路是:统筹规划产业布局,科学把 握发展节奏;推进示范项目升级,降低 产业发展风险;坚持清洁高效转化,促 进节能减排和低碳发展;提升产品附 加值,增强产业竞争力;坚持单项技术 发展与系统优化、集成相结合;坚持自 主创新,提高技术装备水平。
以科学发展和可持续发展为目 标,坚持大型化、基地化发展方向,做 好产业规划和布局。在国家主体功能 区规划的指导下,结合十三个大型煤 炭基地布局,现代煤化工产业布局要 坚持“量水而行”,以实际可用水量确 定产业规模。在水资源允许的条件下, 同时综合考虑各地区的煤资源、环境 容量、市场需求以及交通运输等条件, 合理规划和布局现代煤化工示范项 目。对已布局的地区应加强布局管理,控制总体规模。
以提高产业竞争力为目标,通过技术创新积极发展高端、高附加值产品,延长产业链,拓宽产品幅。现代煤化工产业刚刚起步,产业链较短,产品品种少,尚未形成竞争力。今后要通过技术创新与突破,不断加强新产品开发,延伸产业链,使产品向高端化方向发展,努力提升企业的经济效益和产业竞争力。例如,煤制油产业应重点发展航空燃油、高端润滑油、石蜡、α-烯烃及洗涤剂原料等高端产品;煤制化学品产业应重点发展含氧化合物、丙烯腈及下游产品、丙烯酸及酯、MHA、PMMA等高端专用料聚烯烃产品以及煤制芳烃等产品。
以提高能源、资源转化效率为目标,努力向系统化、一体化方向发展。煤的成分十分复杂,单一产品利用难以取得最好效果。能源化工产业的一个共同特点,均需要用电、热和煤气,如能对煤化工多种单项技术进行耦合、集成、联合生产多种清洁燃料、化工原料以及热能、电力等多种产品,综合能效会大幅度提高,资源能得到充分利用。在具备条件的地区推进煤化工与电力(IGCC)、冶金、水泥、电石、焦化、煤气化、醇醚燃料、炼油、乙烯丙烯、合成氨、氯碱以及风能等多个行业间的整合,实现物质的循环利用和能量的梯级利用。在综合评估分析区域煤炭资源、水资源、交通运输、市场分布以及二氧化碳捕集与封存(CCS)条件等诸多因素,充分考虑短板因素的基础上,互补延伸产业链,建立示范性超大型、循环经济型、多联产新型煤化工综合产业群。例如,发展以煤气化为核心的多联产系统(煤、化、电、冶、热联产)、低阶煤分质高效转化多联产等,实现煤炭资源由传统一次性利用转变为梯级利用,提高资源利用效率和能源转化效率,减少“三废”排放。
以节能减排和生态文明建设为目标,提高行业的能效水平和清洁生产水平。首先,要总结和推广已投入运行的示范工程在工艺技术、工程放大、设备选型和运行管理等方面的经验,不断提升技术水平,减少污染排放和提高能效。升级示范工程项目要在能源转化效率、资源消耗以及污染物排放等主要技术指标方面明显优于已有示范工程项目水平。其次,积极开展“三废”处理技术研究与开发。重点开展高浓度工艺废水,尤其是酚氰废水、高盐水和高有机酸废水处理技术创新研究,积极开展高效膜技术等前沿技术在煤化工废水减量化方面的研究运用。同时要加强二氧化碳捕集、应用和封存(CCUS)技术开发,利用现代煤化工副产二氧化碳开展二氧化碳驱油、微藻吸收、地质封存等试验示范工作。
我国现代煤化工产业发展的政策建议
尽快出台现代煤化工相关产业政策。首先,要尽快出台包括煤制烯烃、煤制油、煤制天然气等领域在内的现代煤化工产业相关政策,严格控制产能总量,引导现代煤化工产业科学有序发展。其次,实行严格行业准入,提高煤化工产业准入门槛。从企业规模和项目水平、能源消耗、环境保护(包括水资源)、安全生产、资源条件等方面提出产业准入标准,防范和化解由于无序竞争导致产能过科、投资、煤资源和安全环保等方面的风险。
严格审批和监管。建议所有现代煤化工项目一律由国家规划发展部门审批或备案。在综合考虑全国各地区煤炭资源、水资源、环境容量、相关产业发展、交通运输、生态环境以及石油化工资源分布的基础上,对于符合行业准入条件的项目予以审批。国家规划发展和能源管理部门要对现代煤化工项目实施严格监管,通过对装置建设和运行进行督查、审计和现场测定,确保建设和运行符合规范,符合节能、环保等产业政策。
坚持先示范后推广。“十一五”以来,我国大部分现代煤化工示范项目取得了良好效果,但部分示范项目煤炭转化效率还有待提高,部分工艺技术、关键材料和装备也有待突破。建议从技术、经济、环保和工程建设等方面对已投入运行的示范项目进行全方位评价,在技术成熟、经济可行的前提下进行产业化推广。
加强技术创新,鼓励技术装备自主化。要加大科技投入,加强对现代煤化工关键技术和重大装备产学研联合攻关的组织,努力提高技术装备水平。对于经国家批准的现代煤化工项目,都应提出明确的国产化目标、方案和实施计划,设备国产化率应不低于85%。对订购和使用首台(套)国产重大技术装备的现代煤化工项目,可确定为技术进步示范项目,优先予以安排。对国内空白或水平落后的,鼓励引进国外先进技术和装备,并积极组织消化、吸收和自主化工作,推动现代煤化工装备定型化和标准化。
加快制订现代煤化工产品技术标准。加快煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤焦油加氢等产品行业标准和国家标准制订工作,不符合标准的产品不得生产和销售。加强新型民用和车用(包括船舶、机车、机械等)燃料使用示范、推广及法规标准制定工作,逐步建立完善的生产、流通、使用、服务法规和标准体系。