現(xiàn)代煤化工發(fā)展與石油化工、鹽化工的融合

杜曉丹，盧 珂

(1 中國(guó)天辰工程有限公司煤化工事業(yè)部，天津 300400；2 河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津 300401)

煤炭作為基礎(chǔ)能源，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中具有舉足輕重的地位，在一次能源的生產(chǎn)與消費(fèi)中長(zhǎng)期居于主導(dǎo)地位。2019年我國(guó)全年能源消費(fèi)總量折標(biāo)準(zhǔn)煤48.6億噸，其中煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的57.7%。

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定高質(zhì)量發(fā)展，我國(guó)對(duì)高品質(zhì)清潔燃料、烯烴、芳烴及其衍生物等化學(xué)品的需求增長(zhǎng)快速。煤炭作為我國(guó)的主體能源和重要原料，適度發(fā)展煤炭深加工產(chǎn)業(yè)，既是國(guó)家能源戰(zhàn)略技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)能儲(chǔ)備的需要，也是推進(jìn)煤炭清潔高效利用和保障國(guó)家能源安全的重要舉措。我國(guó)在煤經(jīng)甲醇制清潔燃料、烯烴和乙二醇等現(xiàn)代煤化工技術(shù)上已取得突破，關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，開(kāi)創(chuàng)出一條煤炭潔凈高效利用之路[1]。此外，煤制芳烴技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)試驗(yàn)成功，推進(jìn)了煤炭的清潔高效利用，減少芳烴對(duì)石油原料的依賴，使得煤代替原油做原料大批量生產(chǎn)芳烴成為現(xiàn)實(shí)。

國(guó)家高度重視煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用，出臺(tái)了一系列產(chǎn)業(yè)支持政策，推動(dòng)了煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而受國(guó)內(nèi)日益升級(jí)的安全、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際低油價(jià)的沖擊，我國(guó)煤化工企業(yè)需要更努力地開(kāi)發(fā)出高效的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，選擇好的產(chǎn)品路線，與多種產(chǎn)業(yè)相融合，真正實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局面。

1 政策支持

“十三五”期間我國(guó)將推動(dòng)形成技術(shù)路線完整、產(chǎn)品種類齊全的煤炭深加工產(chǎn)業(yè)體系，重點(diǎn)開(kāi)展煤制油、煤制天然氣、低階煤分質(zhì)利用、煤制化學(xué)品、煤炭和石油綜合利用等5類模式及通用技術(shù)裝備的升級(jí)示范。

2017年3月份，國(guó)家發(fā)改委、工信部發(fā)布了《現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展布局方案》。方案規(guī)劃布局了四個(gè)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)：陜西榆林、新疆準(zhǔn)東、寧夏寧東、內(nèi)蒙古鄂爾多斯。對(duì)于上述煤炭富集地區(qū)，發(fā)展煤炭資源深加工是改善地區(qū)經(jīng)濟(jì)最有效的手段，可以進(jìn)一步拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的“吃干榨盡”和最大產(chǎn)出效益。同時(shí)，方案提出煤化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的理念，即跨行業(yè)、跨地區(qū)優(yōu)化配置要素資源，促進(jìn)現(xiàn)代煤化工與電力、石油化工、冶金建材、化纖、鹽化工等產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)集群，提升資源能源利用效率[2]。國(guó)家政策和文件的支持，為我國(guó)煤炭深加工、現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，指明了方向和道路。

2 現(xiàn)代煤化工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代煤化工技術(shù)主要包括煤焦化、煤氣化及煤液化[3]。近年隨著相關(guān)企業(yè)和科研院所加大技術(shù)創(chuàng)新力度，新技術(shù)日漸成熟，其中如煤制烯烴、煤制芳烴、低階煤分級(jí)利用等方面突破了一批關(guān)鍵技術(shù)，形成了較為成熟的終端煤化工產(chǎn)品。

2.1 煤制烯烴

煤制烯烴的生產(chǎn)工藝流程主要包括煤的氣化、甲醇的合成以及甲醇制烯烴三個(gè)部分。其中甲醇制烯烴技術(shù)是煤制烯烴技術(shù)上的核心。目前甲醇制烯烴工藝有美孚石油的MTO的工藝、中科院大連化學(xué)物理研究所的DMTO生產(chǎn)工藝、中石化的SMTO生產(chǎn)技術(shù)、Lurgi的甲醇制丙烯(MTP)工藝、清華大學(xué)的FMTP技術(shù)[4]。2010年9月，以煤為原料，經(jīng)由甲醇制取烯烴的裝置在內(nèi)蒙古包頭市試車成功。這套神華集團(tuán)承擔(dān)的國(guó)家煤制烯烴示范化項(xiàng)目，正式開(kāi)啟了煤制烯烴的元年，是全球首套正式工業(yè)化生產(chǎn)的煤制烯烴裝置。

自示范項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，煤制烯烴技術(shù)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)或在建的煤制烯烴(含外購(gòu)甲醇)項(xiàng)目達(dá)20多套。截止2018年底，我國(guó)建成的煤制烯烴裝置總產(chǎn)能已超千萬(wàn)噸。煤制烯烴技術(shù)和裝備水平不斷提高、單位能效水平逐步提高，煤化工企業(yè)通過(guò)一系列全產(chǎn)業(yè)鏈成本控制措施的實(shí)施，產(chǎn)品成本較石油制烯烴成本更低，產(chǎn)品更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。煤制烯烴起到了承擔(dān)部分代替石油化工資源的作用，兩者形成了互為補(bǔ)充的關(guān)系。

2.2 煤制芳烴

煤制芳烴是將繼煤制烯烴、煤制天然氣、煤制油等新型煤化工項(xiàng)目之后的第五大產(chǎn)品，也是石油化工發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)推廣技術(shù)。

我國(guó)每年芳烴需求量遠(yuǎn)超兩千余萬(wàn)噸，而每年仍有約1000萬(wàn)噸芳烴的缺口需從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)制取芳烴絕大多數(shù)仍以石油為原料。煤制芳烴作為一種新的路線在國(guó)內(nèi)有著廣闊的發(fā)展前景，主要的技術(shù)有甲醇制芳烴、煤焦油及其加氫反應(yīng)物制芳烴、煤制合成氣一步法制芳烴這幾種，其中較為成熟的僅有甲醇制芳烴一種。

甲醇制芳烴的技術(shù)來(lái)源主要有中科院山西煤化所的固定床甲醇制芳烴技術(shù)(MTA)、清華大學(xué)的循環(huán)流化床甲醇制芳烴技術(shù)(FMTA)、河南煤化集團(tuán)研究院和北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā)的煤基甲醇制芳烴技術(shù)等[5]。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，與甲醇制芳烴的高成本相比，煤制合成氣后，再生產(chǎn)芳烴技術(shù)在生產(chǎn)成本及裝置建造方面均具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，對(duì)于煤炭富足而能源進(jìn)口成本較大的地區(qū)可利用合成氣制芳烴技術(shù)合理布局煤制芳烴產(chǎn)業(yè)。推廣煤制芳烴產(chǎn)業(yè)布局，一方面可以作為對(duì)石油芳烴的重要補(bǔ)充，另一方面可以減少國(guó)內(nèi)PX的進(jìn)口，解決國(guó)內(nèi)聚酯企業(yè)原料來(lái)源單一的問(wèn)題。

2.3 低階煤的分級(jí)利用

低階煤的分級(jí)利用是將低階煤視為能源與資源的共同體，以低階煤為原料，以各組分不同理化性質(zhì)和轉(zhuǎn)化特性為依據(jù)，通過(guò)較少的能量獲得液體燃料、高活性半焦、有價(jià)值的化學(xué)品和高熱值的燃料氣。

根據(jù)低階煤氣化技術(shù)的種類，可將低階煤分級(jí)利用技術(shù)分為：低階煤完全氣化分級(jí)利用技術(shù)、低階煤部分氣化分級(jí)利用技術(shù)和低階煤熱解分級(jí)利用技術(shù)。其中，低階煤熱解分級(jí)利用技術(shù)因其產(chǎn)品最豐富、油氣品質(zhì)高、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和(中低溫、無(wú)壓力、無(wú)需催化劑)、能源轉(zhuǎn)化效率高(均80%以上)、煤種適應(yīng)性廣、能耗低、對(duì)環(huán)境污染小、易于實(shí)現(xiàn)大型化等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，更易于推廣應(yīng)用[6]。

隨著我國(guó)煤炭生產(chǎn)戰(zhàn)略性西移，中西部煤炭資源主要是長(zhǎng)焰煤和褐煤，具有揮發(fā)分高、含油率較高的特點(diǎn)，與煤炭分離利用技術(shù)結(jié)合，形成了低溫?zé)峤?油品提質(zhì)-半焦燃燒發(fā)電，低溫?zé)峤?油品提質(zhì)-半焦氣化-合成和加氫熱解-半焦氣化-費(fèi)托合成-油品共氣化等不同的發(fā)展路線，實(shí)現(xiàn)煤轉(zhuǎn)油、氣、電、熱的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。

3 現(xiàn)代煤化工與多產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展

3.1 現(xiàn)代煤化工與石油化工產(chǎn)業(yè)融合

石油化工行業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中具有重要的作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，乙烯和丙烯為代表的基本化工原料的需求逐年增加。

雖然目前烯烴類產(chǎn)品主要以石油化工企業(yè)為主導(dǎo)生產(chǎn)，技術(shù)較為成熟，產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，但仍嚴(yán)重供不應(yīng)求，需大量從國(guó)外進(jìn)口。如僅靠石油化工提煉無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)需求，迫切需要找到一條多元發(fā)展的途徑。隨著煤制烯烴技術(shù)的成熟，煤制烯烴已經(jīng)成為拓展非石油資源轉(zhuǎn)化為基本石油化工原料的新途徑[4]。

不斷完善發(fā)展的煤制芳烴技術(shù)，則是對(duì)現(xiàn)代煤化工對(duì)彌補(bǔ)石油制芳烴產(chǎn)業(yè)的另一種貢獻(xiàn)。截止2020年，我國(guó)煤制烯烴產(chǎn)能已達(dá)到1200萬(wàn)噸/年，約占全年烯烴產(chǎn)能的18%。煤制烯烴減輕了我國(guó)石油過(guò)分依賴進(jìn)口的壓力，成為保證國(guó)家能源安全的重要保障措施。即使在目前低油價(jià)下的格局下，采用先進(jìn)的氣流床煤氣化工藝技術(shù)、先進(jìn)甲醇生產(chǎn)工藝、合成氣一步法等技術(shù)，仍有廣闊的發(fā)展空間。

將煤化工技術(shù)與石油化工技術(shù)融合發(fā)展，利用現(xiàn)代煤化工工藝替代部分傳統(tǒng)的石油工藝來(lái)制取烯烴、芳烴為代表的大宗化學(xué)品，可實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源戰(zhàn)略的穩(wěn)定及產(chǎn)業(yè)的多元化發(fā)展。

3.2 現(xiàn)代煤化工與鹽化工產(chǎn)業(yè)融合

鹽化工行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)之一，聚氯乙烯(PVC)作為鹽化工產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于包裝材料、人造革、塑料制品等軟制品和異型材、管材、板材等硬制品，是國(guó)家重點(diǎn)推薦使用的化學(xué)建材。

國(guó)內(nèi)外PVC的生產(chǎn)主要有兩種制備工藝：一是電石法，主要生產(chǎn)原料是電石、煤炭和原鹽；二是乙烯法，主要原料是石油。受制于我國(guó)貧油、少氣、富煤的資源國(guó)情，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工藝以電石法為主。生產(chǎn)企業(yè)受制于盈利困難，環(huán)保治理難度大、能耗高等一系列問(wèn)題，在低油價(jià)下成本優(yōu)勢(shì)不在，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模增長(zhǎng)緩慢。乙烯法制PVC因其產(chǎn)品性能、環(huán)保方面有著天然優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)企業(yè)的青睞。通過(guò)引入現(xiàn)代煤化工技術(shù)，利用成熟的煤制烯烴技術(shù)，將生產(chǎn)的乙烯產(chǎn)品，與鹽化工產(chǎn)業(yè)的氯氣產(chǎn)品相結(jié)合，可生產(chǎn)出性能更好、附加值更高的產(chǎn)品。

4 面臨的問(wèn)題和建議

4.1 現(xiàn)代煤化工的問(wèn)題

與石油化工相比，在生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品時(shí)，煤化工具有投資大、能耗高、“三廢”處理量大、碳排放高等弱點(diǎn)。煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)于水資源的消耗較高[7]，對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境造成了較大的影響。國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，常常會(huì)占用所在地區(qū)大量的水資源，造成工業(yè)水質(zhì)匱乏和自然環(huán)境破壞的現(xiàn)象。煤化工經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，雖然給煤化工企業(yè)帶來(lái)了客觀的經(jīng)濟(jì)效益，但也出現(xiàn)了煤化工企業(yè)發(fā)展過(guò)快所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。時(shí)至今日，一些傳統(tǒng)性煤化工企業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題被頻繁的暴露出來(lái)，煤化工產(chǎn)品因產(chǎn)能過(guò)剩而失去其應(yīng)有的價(jià)值，淪為廉價(jià)商品。

另外，現(xiàn)代煤化工會(huì)排放大量的溫室氣體。有數(shù)據(jù)表明，煤制烯烴的二氧化碳排放量超過(guò)7噸/噸產(chǎn)品，煤制油超過(guò)8噸/噸產(chǎn)品，煤制甲醇約2.8噸/噸產(chǎn)品。與石油路線的能效對(duì)比，新型煤化工的能效較低，僅為石油路線的50%左右。

4.2 現(xiàn)代煤化工與石油化工、鹽化工的發(fā)展建議

現(xiàn)代煤化工若要取得長(zhǎng)足的發(fā)展，必須從技術(shù)節(jié)能減排入手，提高能效水平、做好資源的循環(huán)利用，做到末端污染物的集中治理與回收。通過(guò)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，彌補(bǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展弱勢(shì)，取得多贏的發(fā)展效果。

伴隨著現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，使得煤經(jīng)甲醇生產(chǎn)多種清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料成為可能，這也給石油化工和煤化工融合發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇?，F(xiàn)代煤化工裝置與石化基地配套融合建設(shè)氣化島，在煤油共煉、煉廠補(bǔ)充氫源、烯烴產(chǎn)品、CO2回收驅(qū)油等領(lǐng)域獲得結(jié)合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由碳一化學(xué)轉(zhuǎn)向多碳化學(xué)的轉(zhuǎn)化，即可提升油品品質(zhì)，也可降低碳排放，推進(jìn)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)清潔能源多能互補(bǔ)、促進(jìn)煤化工與石油化工協(xié)調(diào)發(fā)展。

煤-鹽聯(lián)合化工則以煤炭和原鹽產(chǎn)業(yè)鏈為核心內(nèi)容、以資源綜合開(kāi)發(fā)利用為主要特色、以鹽化-煤化一體化工程為基本路線，通過(guò)煤炭分級(jí)利用技術(shù)生產(chǎn)焦煤氣、煤焦油、焦炭，同時(shí)將干餾后的氣液固分別與現(xiàn)代煤化工技術(shù)結(jié)合，將原本棄之不用的焦油和焦?fàn)t煤氣通過(guò)新的工藝和新的技術(shù)使焦油進(jìn)行粗苯精制，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)天然氣，焦炭生產(chǎn)合成氣制甲醇。依托甲醇制烯烴技術(shù)將生產(chǎn)出來(lái)的烯烴產(chǎn)品與鹽化工副產(chǎn)品生產(chǎn)聚氯乙烯。同時(shí)，原煤發(fā)電供園區(qū)動(dòng)力電使用，副產(chǎn)蒸汽作為煤-鹽化工園區(qū)的熱源，形成閉路循環(huán)的產(chǎn)業(yè)鏈，將各生產(chǎn)單元之間原料、產(chǎn)品和副產(chǎn)品互連，打造原鹽-燒堿-聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)鏈、煤-焦炭-化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈、原煤-甲醇-烯烴產(chǎn)業(yè)鏈，最終達(dá)到綜合利用的目的。

5 結(jié) 語(yǔ)

在我國(guó)安全、環(huán)保管理要求、標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的背景下，現(xiàn)代煤化工技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)將變得日益激烈。隨著煤炭分級(jí)利用及煤制芳烴技術(shù)的不斷發(fā)展，加強(qiáng)與鹽化工、石油化工產(chǎn)品的融合，設(shè)置適宜的產(chǎn)品目標(biāo)和設(shè)計(jì)合理的工藝路線，多產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)、保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速平穩(wěn)發(fā)展。