低油价冲击下煤制油产业发展的思考

谭代福， 李昌伦， 魏亚军

(山西潞安煤基合成油有限公司技术中心，山西 长治 046000)

引 言

国际油价快速下行，对石化行业乃至整个能源领域造成了剧烈影响。与此同时，低油价也给中国正处于起步阶段的煤制油、新能源等具有战略价值的非常规能源行业带来了巨大冲击。

稳定充裕的高质量能源是经济行稳致远的根本保障。2019年中国的石油对外依存度超过70%。当前，世界格局正在发生着深刻变化，大国战略博弈正全面加剧，要求中国必须确保自身能源供给安全，将石油依存度控制在合理较低水平[1]。煤炭是中国的优势资源，限于“贫油少气”的资源禀赋，煤炭也成为国家能源体系的基石。

煤制油产业实现了从煤炭向石油的跨越，打通了优势资源向劣势资源补充的通道，对国家能源安全具有重要保障作用。不可否认，煤制油产业在设备、消耗、产品、环保、运营管理等多方面还存在问题，需在运行中得到解决和优化。针对煤制油产业在当前全球能源供给大格局和国内经济发展大趋势下如何创新发展，作者进行了一些研究和思考。

1 煤制油产业概况

1.1 工艺技术路径

煤制油是将煤炭转化为液体燃料的工业过程。煤制油产业自20世纪初在中国开始工业化并得到快速发展，已先后建成8个项目，见表1。按照工艺可分为煤直接液化制油和间接液化制油两种工艺路径，见图1流程示意图。两种工艺路径各有特点，间接液化凭借煤质适应性广、产品种类丰富、市场适应性强等优势被认为是最具发展前景的工艺技术，也被国内大多数煤制油项目所选择。因此本文的分析主要基于煤间接液化制油路线。

表1 我国已建成投产煤制油示范项目[2]

图1 煤制油工艺流程示意

1.2 主要产品的性质

煤制油产品普遍具有低硫或无硫、无氮和无重金属等有害杂质的特点，是典型的优质清洁燃料，与国家发展高质量能源的政策导向相一致。煤制清洁柴油与国五标准柴油相比，可使尾气中排放的一氧化碳、细颗粒物、氮氧化物和碳氢化合物分别降低24%、49%、12% 和34%[3]。

间接液化柴油的十六烷值高、硫和芳烃含量低、冷滤点不高，是理想的优质柴油调和组分。煤制石脑油馏分的辛烷值总体偏低，并不适宜直接用作车用汽油调和组分[4]。

费托蜡是煤制油化工的特色产品，碳数分布在C20～C100之间，普通炼厂难以生产。费托蜡具有熔点高、熔点范围窄、油含量低、针入度低、迁移率低、熔融黏度极低、稳定性高、坚硬耐磨等优点[5]。

α-烯烃是优良的单体原料，其中碳原子数在C8～C13的α-烯烃可以用作聚合高级润滑油基础油(PAO)和合成表面活性剂(直链烷基苯磺酸盐)等高附加值产品。与乙烯齐聚生产α-烯烃相比，煤间接液化路线具有一定成本优势。然而，目前国内的α-烯烃提纯技术发展较为缓慢，尚不能对费托合成油中的α-烯烃进行有效分离。

1.3 产业竞争力分析

煤制油产业的利润主要来自煤炭与石油的价格差，并受能源转化效率、环保安全(主要是水资源消耗)等因素影响。从成本构成分析，以投资总额为21.77亿元的国内某个已建成投产的煤间接液化项目为例。设备折旧和设备维护费用占该项目总成本的41%；以300元/t作为测算基准点，煤炭成本在总成本中占比达25%[6]。由此可知，设备(包括折旧和维修)成本和用煤成本构成了煤间接制油企业生产成本的大部。因此，中国丰富的煤炭资源和大批化工领域工程技术人才储备是煤制油产业的主要成本优势。然而，煤制油企业的利润还受国际石油价格的制约。根据中国工程院的重大咨询项目“中国炼油和煤化工产业可持续发展与区域协调发展重大问题战略研究” 研究显示，以间接液化路线制油为例，当煤炭价格为220元/t，在当时最严格环保要求和20 元/t 碳税交易价格的条件下，项目盈亏平衡点为布伦特油价60～65 美元/bbl，当国际油价约85 美元/bbl 时，项目才能达到行业基准内部收益率，即税前11%的水平[3]。

从能源转化效率角度看，煤制油产业是煤炭清洁高效利用的重要途径。2019年中国石油和化学工业联合会对宁夏煤业400万t煤制油项目标定的结果显示，煤间接液化能源转化率为43.57%。当前最先进的燃煤超(超)临界机组的能效在45%左右，超临界机组的能效在43%左右与煤制油相当，而大部分燃煤发电机组的能效则低于38%，煤炭散烧的能效更在30%以下[7]。

从水资源消耗来看，由于规模有限煤制油产业的用水总量并不高[8]。但国内的煤炭资源基本与水资源呈反向分布，为了节约用煤成本示范项目大多建设在缺水地区，因而凸显出单位油品水资源消耗量偏高的不足。随着技术进步，煤制油的单位产品用水量正逐渐降低。神华宁煤间接液化项目单位产品水耗已经降为5.72 t。

2 外部形势分析

美国页岩油气革命和能源独立深刻影响了世界能源的供需格局[9]。随着页岩油气的勘探开发，全球油气资源储量可能出现大幅上升，石油供给整体趋向宽松。但石油价格的政治属性却被进一步加强，变动趋势的不确定性加大。2019年全球经济和贸易增速下行致使石油产品消费疲软，再加上2020年初全球疫情的叠加影响，导致国际油价出现断崖式下跌，反过来又会对页岩油气产业造成巨大打击。国内石化产品市场随时会受到中美贸易争端发酵国际石油政治斗争的左右，发展形势尚不明朗。

随着沿海大型炼化项目的相继建成，预计2020年全国的炼油能力可达9亿t，而石油消费量只有4.03亿t，石化行业的竞争将进入白热化。同时，石化行业将进入产能结构调整阶段，以大型化、高端化、智能化为特征的优质产能的扩充或对落后产能形成强烈挤出效应。新能源汽车的大力推广减弱了交通运输燃料的需求。

短时期内中国以煤为主导的能源格局不会发生改变，但在全球能源转型的大背景下中国也在积极推进能源革命，加快发展新能源，建立清洁低碳、经济高效和安全可靠的高质量能源体系，逐步压缩煤炭使用量。据预测到2025年煤炭在能源消费总量中仅会占到50%～52%[10]，届时煤炭的供给将更加宽松，价格也可能会出现相应调整。这些将从原料端和产品端两方面对煤制油产业的未来发展产生重大影响。

3 未来发展机会

当前，煤制油产业的经济性不容乐观，尽管所面临的竞争形势错综复杂挑战重重，但也充满了提质升级的机遇和动力。一方面，我国的石油高依存度和复杂地缘政治环境并没有随国际油价的下探而发生改变，作为战略储备，煤制油产业仍然有必要继续存在和发展下去。另一方面，煤制油产业可实现煤炭清洁转化，充分发挥煤炭的原料属性延伸煤炭产业链，从而在化石能源需求下降时能有效维持煤炭消费量，对地方经济能起到积极拉动作用。在当前能源化工产业格局背景下，煤制油企业以创新为驱动，从降低生产成本、优化生产效率、升级产品结构、面向多元化发展等方面多点突破，将有能力在全球化市场中赢取一席之地。

3.1 控制用煤综合成本

由前文的分析可知，节约原料煤成本是提升煤制油产品市场竞争力的最直接有效途径。但煤气化技术发展至今尚未开发出可气化所有煤种的“万能炉”，每种气化炉都有其设计适宜煤种，如入炉的煤质偏差过大则必然会影响到气化炉的运行周期和效率。要避免一味强调使用低价劣质煤节约成本的误区，应建立以气化炉运行时间、设备维护量、水资源消耗量等指标的测算用煤综合成本的多维评价体系，结合所采用的气化技术，在系统承载能力范围内和经济合理区间内探索廉价低质煤气化技术或低质煤混配气化技术。重视对选煤、配煤系统的升级改造，提高入炉原料的均质性，有助于气化系统的稳定运行。

3.2 优化流程，提高效率

原料转化效率是煤制油企业的核心竞争力。费托合成反应需要在过量氢气条件下进行。而煤炭是高碳低氢原料，过程所需氢气大部分来自于将煤气化合成气的部分一氧化碳转化为无用的二氧化碳的变换反应。因此，原料煤中只有部分碳原子能够最终转化为产品。用单位产品所含碳原子数与所用原料煤中碳原子数的比值，即总碳利用率衡量煤制油过程的原料转化效率。可将提高总碳利用率作为目标，从总体物料平衡、能量平衡和水平衡角度进行持续再设计，对全厂流程进行持续优化。

将不同原料需求的生产工艺进行耦合，同样是值得探索的流程优化方向。山西潞安与美国巨鹏公司合作的工业尾气发酵制乙醇技术所需原料主要为一氧化碳。如果将其与费托合成工艺相耦合，那么利用这项技术选择性消耗一氧化碳，不必经过变换反应即可对原料气氢碳比进行大范围调整，直至满足费托反应的进料要求。由于省去气体变换过程，该组合可能对总碳利用率提高有益。

3.3 升级产品，开发市场

建议从提升产品价值和扩大产品市场两方面入手，强化煤制油企业的盈利能力。由前文分析，费托合成油是由多种烃类组成的混合物，其中费托蜡和α-烯烃是最具特点的差异化组分。通常化工产品的价格与其纯度成正比，即纯度越高价格越高。与混合α-烯烃相比按碳分子数分布提纯后其市场价格会得到大幅提高。因而，基于碳链分子数的专有高效分离技术就成为费托合成油产品升级提升附加值的关键。煤制油企业(主要指间接液化企业)可针对这一技术进行重点研发攻关，尽早取得突破，实现产品的纯化升级。

尽管费托蜡具有石油蜡所不具备的独特品质特征，但是尚未被市场所充分认识和接受，相关专有应用技术的开发相对滞后。目前费托蜡除了在高凝点应用场景下有竞争优势外，在其他应用领域的市场份额仍处较低水平。生产企业面向消费终端深耕细作，上下游一体化研发，一方面不断从精细切割、特种化改性等角度提高产品品质，另一方面积极与用户进行对接开展联合研究，优化和开发并举，进行费托蜡应用技术进行定制化升级，以充分发挥费托蜡的特点，达到提高市场份额的目标。

3.4 面向多元，协同发展

除煤制油品外，可对运输石油燃料进行替代的产品还有不少，其中燃料醇最具发展潜力。本文提及的燃料醇是指可用作运输燃料的甲醇或乙醇的统称。2012年工信部在“山西、陕西、甘肃、贵州、上海”四省一市共10个城市开展甲醇汽车试点工作，试用包括M100、M85 汽油的甲醇燃料，现已取得了阶段性成果。2017 年，国家发展改革委、国家能源局、财政部等15 部委下发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，提出到2020 年，乙醇汽油在全国基本实现全覆盖。

多元化发展是煤制油企业拓展利润点，应对未来市场挑战的优选项。发展燃料醇产业可以丰富产品种类，构建清洁燃料的综合供给能力，有助于提升煤制油企业的行业竞争力。而且，目前国内燃料醇多由粮食和煤炭转化而来，价格受国际原油价格影响相对较小，扩展燃料醇有助于缓解低油价对煤制油企业利润的冲减。此外，燃料醇特别是甲醇还是生产聚烯烃、聚甲醛、DMC、DME等高附加值化学品的中间原料。因此多源发展燃料醇，有利于煤制油企业在运输燃料需求震荡的情况下灵活调整产品产能分配，有效应对产能过剩压力。

从技术层面分析，以煤为原料制燃料醇，具有原子利用效率高、经济效益好的优势。合成气制甲醇技术已实现大规模工业化，煤基乙醇合成技术也日臻完善。山西潞安与美国巨鹏公司合作的工业尾气发酵制乙醇技术具有流程短，选择性高的特点，已建成2万t/a的示范工厂。煤制油可通过共用煤气化、合成气净化、公用工程系统与煤制燃料醇进行内部协同，通过多流程协同互补以实现资源的进一步优化配置利用。另外，合成气制混合低碳醇也是十分值得关注的发展方向。

相信未来煤制油产业通过创新发展，将会开辟出更加广阔的成长空间。