浅析现代煤化工产业发展路径

2023-01-15白立俊

广州化工 2022年4期

白立俊，李意

(1 枣庄职业学院，山东枣庄 277000；2 华电国际十里泉发电厂，山东枣庄 277000)

在全球性石油短缺，我国煤炭优势明显的情况下，传统煤化工技术经历了引进—消化—吸收—改进—再创新之后，结合现代生产工艺，煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等示范项目水平持续提升，并基本实现产业化。现代煤化工技术贯彻实施创新驱动战略，已经步入了持续增长的快车道。现代煤化工基地项目主要分布在内蒙古、陕西、宁夏和新疆等多地，产业发展的园区化和基地化格局已经初步形成，比如内蒙古鄂尔多斯煤化工基地、陕西榆横煤化工基地、宁夏宁东能源化工基地和新疆的准东、伊犁等现代煤化工基地。结合《2020-2025年中国煤化工产业发展前景预测与投资战略规划分析报告》分析，煤化工多联产是发展方向，需要与石油化工等产业深度融合，煤炭液化将成为新型煤化工产业的重要方向，我国煤化工行业面临着前所未有的发展机遇。

目前，全球生态环境急需保护，技术竞争日益激烈，化工市场竞争逐渐加剧。在相当长的时间内，如煤、石油、天然气、金属与非金属矿产以及泥炭等短时间内不可能再生的自然资源相对紧张，可再生资源技术进步明显的大环境下，结合煤化工本身的特点，比如煤成分比较复杂，原料提纯比较困难，工艺流程多，设备相对复杂，运行周期比较长，属于高能耗，高污染的行业，煤炭的价值不能得到充分挖掘。由于传统煤化工产能过剩且节能减排急需加强，新型煤化工项目将是重点。结合目前煤化工发展现状，本文对现代煤化工产业生态发展路径进行探讨和分析。

1 政策体系，行业标准

现代煤化工产业政策不断成熟，政府对于现代煤化工产业的认识不断深化。在强调环境保护标准和水资源保障条件的情况下，政府及时出台在强调分类别、分规模和分地区的产业政策，从源头引导煤化工行业健康有序发展，在整个行业依法依规进行运行，对全过程进行有效监管，提高煤化工行业的竞争力。

为推进结构性改革，化解煤炭过剩产能，推动企业实现脱困发展，国家出台《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》和《关于在化解过剩产能工作中发挥先进产能作用促进煤炭行业转型升级的意见》，推进企业改革重组和行业调整转型。

2017年国家能源局印发了《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》(国能科技[2017]43号)，该规划是首个国家层面的煤炭深加工产业规划。文中明确指出需要进一步完善生产工艺和环保技术并规范示范项目建设秩序，在基本原则当中提到要转换动力，助推转型，通过煤炭深加工带动传统煤化工技术改造升级，进行产业结构调整。

2017年，由国家发展和改革委员会、工业和信息化部联合发布的《现代煤化工产业创新发展布局方案》(发改产业[2017]553号)中明确指出升级示范煤制烯烃、煤制油项目，提升资源利用效率和环境保护水平，为推动现代煤化工产业创新发展提供清晰思路。可大力推动煤化工产业与石油、化工和电力等行业融合发展，即煤—油—化—电一体化，争取做到资源利用效率和经济效益最大化，同时实现生态环境最优化。以电力行业为例，发展煤化电热一体化，推动整体煤气化联合循环发电系统建设，从而实现现代煤化工与电力联产和负荷的双向调节，进而提升资源能源利用效率。

2018年在深化煤炭行业供给侧结构性改革方面，国家出台相关政策，比如《关于做好2018年重点领域化解过剩产能工作的通知》，引导煤炭企业采用现代信息技术及先进适用装备，建设智能兼高效大型现代化煤矿，拓展新布局，增大科技投入。

2021年国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中明确指出，有力有序有效做好碳达峰工作，加快实现生产生活方式绿色变革。在工作原则部分指出稳妥有序、安全降碳。针对我国富煤贫油少气的能源资源现状，坚持先立后破、稳住存量、拓展增量的原则，循序渐进的推动碳达峰行动。

2 产业融合，科技创新

我国煤化工单项技术水平领先，但新型煤化工属技术密集型产业，在大型产业化成套技术和重大装备的创新方面仍是制约瓶颈，除此之外，煤质、污水处理、工艺路线、装备集成等各种问题错综复杂。目前在国内有的工艺技术路线尚不非常成熟，比如煤油共炼技术、低阶煤多联产与煤焦油加氢技术。为提升煤化工产业自主发展能力，对于不同的煤质，应该采用多方式、多层次的梯级加工方式，拓展装置操作窗口，从而最大限度提高煤炭利用率。新技术的利用也为煤炭加工创造条件。大规模粉煤热解技术提升褐煤利用，成功示范煤催化气化可将产品成本降低25%，煤加氢气化制天然气可将产品成本降低38%[1]。

实现技术突破，可明显提升生产稳定性和经济性，促进产业向规模化、精细化、高端化发展。现代煤化工产业，以变革技术为引领，加强科技布局，跨领域跨行业，推动产业高质量绿色创新发展。跨学科，跨行业，提出新概念，创造新材料，实行新工艺，重点解决合成气高效转化和二氧化碳选择转化等关键问题。通过突破基础研究和过程放大研究，为工业化装置设计提供有力数据[2]。现代煤化工与石化产业链融合发展，优势互补。例如，利用政府引导基金和社会产业基金等合作资金,山西孝义鹏飞集团500万吨煤炭焦化改造项目，建成焦化新工艺深加工制甲醇、液化天然气、发电等项目，该企业在目前市场环境不佳的情况下，能够满负荷生产，可进行良性发展。三聚环保和山西孝义鹏飞进行深度合作，采用500万吨焦化装置，成功实现转型升级，建成副产品深加工清洁燃料以及高附加值化学品示范项目[3]。现代煤化工产业于钢铁行业融合发展，使工业尾气变废为宝。钢铁尾气含有一氧化碳和氢气，经提成净化后可用于制备高附加值化学品，比如重要的清洁能源乙醇。乙醇市场缺口大，价格稳定，为钢铁工业尾气处理提供一条新路径[4]。刘中民团队研发的以一氧化碳和氢气为原料制备高效清洁的乙醇技术，可避开煤制合成气工段的投资损耗巨大问题，明显降低煤化工产业成本，同时解决钢铁行业尾气处理问题，减少二氧化碳排放。现代煤化工项目涉及到煤炭气化、合成和后续产品的纯化，这些过程都离不开水。通过技术升级解决高水耗问题显的尤为突出。包信和团队通过技术革新，利用金属氧化物-复合催化体系，可实现煤基合成气一步转化制烯烃，明显降低水耗，引领高效绿色煤化工新平台[5]。

3 绿色发展

在全球石化产业结构深度调整的大背景下，习近平总书记明确提出“绿水青山就是金山银山”、“人不负青山，青山定不负人”的生态文明思想。绿色发展已是科技革命和产业结构优化升级的主要方向，新环保法和大气污染、水污染、土壤污染等专项行动计划的实施，需要综合考虑水的承载能力、产品的产量和产业园区的环境容纳量，走科学健康创新发展之路。2019年，陕北矿业公司与中国工程院院士彭苏萍团队合作，重点研究陕北煤矿水资源保护与生态文明相关内容，比如煤炭开采对地下水环境影响、采煤地面塌陷规律和矿井水资源多元化利用等[6]。煤炭资源和水资源呈现逆向分布的趋势。我国的煤炭主要分布在晋、陕、宁、甘、蒙、新疆地区。而水资源的分布却恰恰相反。以水资源为例，水资源是现代煤化工发展的重要瓶颈，可充分利用地区温度差异进行节约用水，比如北方和西北地区常年平均气温在10 ℃以下，采用空冷代替水冷，节约冷却水用量，也可以加强中水回用，在生产过程中副产水应该全部回收利用，避免生产过程中冷热交替的弊端。

煤化工行业涉及到的废水水质比较复杂，呈现出高浓度、有毒、高污染和难降解的特点，同时需要破解降低物耗、能耗、水耗和污染物排放的问题。废水水质和煤质运行工况紧密相关。以高盐废水为例，高盐废水处置成本比较高且处置技术参差不齐，是煤化工废水的瓶颈，约占整个废水处理成本的10%以上，国家含盐废水排放相关环保标准、法规基本空白。煤化工行业排放的废气有二氧化硫和氮氧化物和挥发性有机物等，可以采用由末端治理向综合治理转变。灰渣、污泥、废催化剂和废结晶盐是现代煤化工行业的主要固体废弃物。灰渣在煤化工行业固体废弃物中占的比例最高，可以进行深度加工，用来制备建筑材料。结合目前的技术发展水平，对于污泥处理而言，可以通过厌氧消化将原污泥中碳水化合物、蛋白质和脂肪等有机物质转变成为低分子物质。对于废催化剂而言，可以进行加氢再生利用或者经过高温焙烧之后作为水泥的部分替代原料。

4 多元化、高端化、低碳化

传统煤化工涉及到的产品已经出现供大于求的状态，并且价格普遍偏低。煤炭企业链式多元化，即与煤炭相关产业进行链接，如煤炭机械、煤一电一化工和煤一电一建材等。对于现代煤化工而言，以市场为导向的高端精细化工产品的生产通过引进先进技术，延伸产业链，调整产品结构，可实现煤化工产业链多元化、高端化、低碳化，同步带动天然气化工、石油化工、生物化工以及新能源行业，实现原料多元化。与此同时，煤化工多元化发展还需实现产品多元化，朝着油品、化学品和新材料的方向进行开发研究，是煤化工产业的发展趋势。例如陕西省以榆林中日国际合作化工新材料产业园为龙头，精细化工与化工新材料作为主要发展方向，国际合作培育高端煤化工产业集群，打造汽车、纺织、建筑装饰等为目标的完整产业链条，符合国家产业发展政策。中国科学院过程工程研究所、河南能源化工集团合作开发的乙烯-合成气制备甲基丙烯酸甲酯技术。该技术成功打破国外对乙烯合成气为原料生产甲基丙烯酸甲酯的技术垄断[7]。通过煤制烯烃可以得到高端牌号塑料和橡胶制品。通过煤制油技术可以得到高碳伯醇，高熔点蜡、航空煤油和高端润滑油等。通过原料多元化研发技术可以实现西烯烃联产对二甲苯，进而生成高附加值化工产品。通过煤化工和化学品的多联产方案，为现代煤化工的精细化发展提供道路。

在产煤省的政府工作报告中，针对各自地域特点，因地制宜出台一系列行动方案，比如贵州省实施煤电扩能增容提质行动，陕西榆林即将创建国家级能源革命创新示范区，安徽省加快煤电资源整合，黑龙江省推进建设绿色矿山、智慧矿山，加强对俄开放合作，建设煤炭等资源型产品的进口落地加工，产业集群，有序推进碳达峰碳中和，切实提高能源利用效率。