新型煤化工产业生态化发展的政策分析、技术路径研究.pdf

摘要新型煤化工产业走生态化发展之路是应对“双碳”要求及日益趋严的环保政策的有效途径。分析了国家的生态环境政策和新型煤化工产业生态化发展政策，介绍了新型煤化工产业运行现状及存在问题，从高质发展、集成融合、固碳循环等方面详细阐述了新型煤化工产业生态化发展的技术路径。关键词新型煤化工；生态化发展；政策分析；技术路径文章编号：1005-9598(2023)-03-0001-05中图分类号：F426曰X322文献标识码：A新型煤化工产业生态化发展的政策分析、技术路径研究陈艾1，焦洪桥1，王秀江2，王倩2，杨靖华1，杨丽坤1（1.国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，宁夏银川 750011；2.中国石油和化学工业联合会煤化工专委会，北京 100723）收稿日期：2023-02-22第一作者：陈艾（1967），男，汉族，内蒙古商都人，正高级工程师，博士，1990 年本科毕业于阜新矿业学院采矿工程专业，长期从事煤炭清洁高效利用技术开发和产业示范工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.03.001新型煤化工产业是适合我国国情的战略支撑产业，利用我国相对丰富的煤炭资源和先进成熟的新型煤化工技术及装备适度发展新型煤化工产业，可以拓展化学品和清洁能源产品的原料来源渠道，实现对油气的直接或间接替代，符合国家产业政策和新发展理念。“双碳”“双控”对现代煤化工产业的发展提出了更高的要求，加之国家生态环境政策日益趋严，探索新型煤化工产业的生态化发展极具现实意义。1新型煤化工产业生态化发展政策分析与展望1.1国家生态环境政策分析2021 年 10 月，国家发改委等 5 部门联合发布关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见，针对石化化工领域则专门发布 石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（20212025年），上述两个文件明确指出，到 2025 年，通过实施节能降碳行动，炼油、乙烯、合成氨、电石行业达到标杆水平的产能比例要超过 30%，行业整体能效水平明显提升，碳排放强度明显下降，绿色低碳发展能力显著增强。目前，随着一系列“双碳”政策的密集落地，我国经济绿色低碳转型将加速推进，长期来看，有望催生规模巨大的新产业，核心是绿色制造，包括清洁能源节能装备的制造，氢能、生物质能、光伏技术、储能等绿色科技的应用，以及绿色专业服务等1。1.2新型煤化工产业生态化发展政策引导产业发展方面：2006 年 7 月，国家发改委发布了 关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知（发改工业 2006 1350 号），这是国家出台的第一个针对煤化工产业发展的政策，总体上肯定了发展煤化工产业的必要性，鼓励在中西部煤炭资源地适度建设煤化工项目。2015 年 7 月，国家能源局发布 关于规范煤制燃料示范工作的指导意见（第二次征求意见稿），明确指出：“十三五”时期煤制燃料产业的首要任务是围绕能效、环保、节水及技术装备自主化等内容开展产业化升级示范。2017 年 3 月，国家发改委、工业和信息化部联合发布 现代煤化工产业创新发展布局方案（发改产业 2017 553 号），明确指出：现代煤化工产业要主动适应产业发展新趋势和引用格式：陈艾，焦洪桥，王秀江，等.新型煤化工产业生态化发展的政策分析、技术路径研究J.煤化工，2023，51（3）：1-5.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.20232023 年煤 化 工市场新要求，突破部分环节关键技术瓶颈，提升系统集成优化水平，推动产业技术升级；并首次提出煤化工相关产业融合发展理念，鼓励跨行业、跨地区优化配置要素资源。2020 年 5 月，中共中央、国务院发布关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见，鼓励在西部地区积极推进煤炭分级分质梯级利用，稳步开展煤制油、煤制气、煤制烯烃等升级示范，以期实现资源的最大化利用。确定能源、资源消耗准入指标方面：2017年，国家能源局发布 煤炭深加工产业示范“十三五”规划，指出煤制油、煤制天然气单位产品的综合能耗、原料煤耗、新鲜水耗至少达到基准值，力争达到先进值。2021 年 11 月，国家发展改革委等部门联合发布高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平（2021 年版）（发改产业 2021 1609 号），指出把煤制烯烃、乙二醇及甲醇等新型煤化工产品也列入节能降碳行动方案，确定了行业能效标杆和基准水平，为行业、企业实施节能降碳改造定立了标杆和依据。2021年 10 月 8 日，中共中央、国务院印发 黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要，明确指出：黄河流域要实施最严格的水资源保护利用制度，全面实施深度节水控水行动，坚持节水优先；实行水资源消耗总量和强度双控，暂停水资源超载地区新增取水许可。环境保护要求方面：2015 年 12 月，原环境保护部出台 现代煤化工建设项目环境准入条件（试行）（环办 2015 111 号），规范了新建、改建和扩建新型煤化工生产建设项目的环境管理，明确指出：优先选择在水资源相对丰富、环境容量较好的地区布局，并符合环境保护规划；对已无环境容量的地区发展现代煤化工项目，必须先期开展经济结构调整、煤炭消费等量或减量替代等措施腾出环境容量，并采用先进工艺技术和污染控制技术最大限度减少污染物的排放。2019 年 2 月，生态环境部发布 生态环境部审批环境影响评价文件的建设项目目录（2019 年本）（公告 2019 年第 8 号），把年产超过 20 亿 m3的煤制天然气，年产超过 100 万 t 的煤制油，年产超过100 万 t 的煤制甲醇，以及年产超过 50 万 t 的煤经甲醇制烯烃等项目环境影响评价文件纳入生态环境部审批。2022 年 11 月，国家发展改革委、国家统计局联合印发 关于进一步做好原料用能不纳入能源消费总量控制有关工作的通知（发改环资2022 803号），明确了原料用能不纳入能源消费总量控制的具体操作办法。2新型煤化工产业运行现状及问题2.1运行现状2022 年前三季度，新型煤化工（煤制油、气、烯烃和乙二醇）产品总产量为 2 050 万 t，平均产能利用率85%，转化煤炭约 8 171 万 t 标准煤。煤制油、气整体产销两旺，效益处于历史最好水平；煤制烯烃满产满销，但原料价格高而产品价格下跌，导致效益水平不及上年同期，特别是第三季度首次出现整体亏损；煤制乙二醇开工率仍处于低位运行，成本倒挂，且亏损逐季扩大。煤制油：总产能 823 万 t/a；产量 525.8 万 t，较上年同期增长 6.2%；产能利用率 85.2%，较上年同期提高 5 个百分点；转化煤炭约 1 998 万 t 标准煤，利润同比增加约 54.0 亿元。煤制天然气：总产能 61.25 亿 m3/a；产量45.4 亿 m3，较上年同期增长 36.3%；产能利用率98.8%，较上年同期提高 11.8 个百分点；转化煤炭约1 135 万 t 标准煤；主营业务收入同比增长 69.8%；2021 年同期亏损，2022 年企业全部实现盈利，经济效益实现历史性突破。煤制烯烃：总产能 1 122 万 t/a；产量 892.3 万t，较上年同期增长 3.9%；产能利用率 106.0%，较上年同期提高 3.9 个百分点；转化煤炭约 4 283 万 t 标准煤；利润同比减少约 34.6 亿元。煤（合成气）制乙二醇：总产能 873 万 t/a，其中有效产能 723 万 t/a；产量 314.6 万 t，较上年同期增长 35.0%；产能利用率 48.0%，较上年同期降低 4 个百分点，有效产能利用率 58.0%；转化煤炭约 755 万 t标准煤；比去年同期多亏损约 18.0 亿元。自 2021 年中期以来，国内煤炭供需矛盾加剧，煤价飙升，叠加电煤优先保供的挤占效应，部分新型煤化工项目煤炭供应持续紧张，有的地方还有限电情况，加之因疫情影响项目的原料供应和产品销售，导致多个项目难以长周期高负荷运行，生产成本显著增加，部分装置被迫停产，不少企业处于亏损状态，不利于产业良性发展说明：本节统计数据来自于中国石油和化学工业联合会煤化工专委会。2.2面临的严峻问题2.2.1生态环境约束持续加强，环保矛盾依然突出新型煤化工项目规模大，生产过程中“三废”污染物产生量相对较多、处理难度相对较大。废水零排放在一定程度上缓解了水环境压力，但大气方面仍存在2-第 51 卷第 3 期VOCs 无组织排放和治理程度不够等问题。据不完全统计，目前我国西部地区煤化工废渣堆存量已超过1 亿 t，每年新增废渣量达 1 500 万 t2 000 万 t，固废在西部地区缺少消纳渠道，不断扩大的渣场对环境造成一定压力2。黄河流域生态保护和高质量发展对新型煤化工产业生态化发展也提出了新要求。目前，黄河流域已集中了我国煤制烯烃的 84%、煤制乙二醇的 66%、煤制天然气的 34%和全部煤制油的产能3。黄河流域新型煤化工行业用水总量约 5.3 亿 m3/a，生态脆弱区水资源短缺已成为新型煤化工项目当前发展的瓶颈。2021年底，国家发展改革委联合各部门印发 黄河流域水资源节约集约利用实施方案，提出到 2025 年，黄河流域万元 GDP 用水量控制在 47 m3以下，比 2020 年下降 16%，黄河流域水资源消耗总量和强度双控体系基本建立，流域水资源配置进一步优化，重点领域节水取得明显成效，非常规水源利用全面推进；并特别强调“以水定产”，以水资源刚性约束倒逼发展方式转变，严格控制高耗水项目盲目上马。2.2.2碳减排压力不断增加，新型煤化工任务艰巨据测算，在现有技术水平和工艺条件下，煤制天然气 1 000 m3产品二氧化碳排放量为 4.8 t，煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃和煤制乙二醇的吨产品二氧化碳排放量分别为 5.56 t、6.86 t、10.52 t 和5.60 t。这将为现代煤化工企业在全国碳市场上带来一定的成本负担，产品竞争力进一步降低4。“双碳”目标是我国对世界作出的庄严承诺，预计“十四五”时期将进一步严控“高能耗、高排放”项目产能增加，按照黄河流域“以水定产”的要求，新型煤化工产业示范区所在的区域空间有限、环境容量不足，承载能力较弱，生态环保和节能降耗的压力大、任务重5，未来新型煤化工产业规模化扩张将面临更大限制，节能减排压力加大。2.2.3企业经济效益欠佳，规划新建示范项目推进缓慢煤制油是国家能源安全战略的重要组成部分，但是目前过重的税负（综合税负已接近销售收入的 40%）严重影响了企业的生产经营6。另外，尽管煤制油品特性优于石油基油品，属于清洁高效能源，但受成品油管理和定价机制影响，煤制油不能实现“优质优价”，对产业、生产企业健康可持续发展均带来不利影响。煤制乙二醇项目数量较多，单个项目规模和总产能都越来越大，产品售价长期低位徘徊，导致产品价格与成本倒挂，部分装置推迟、终止投资或被迫停产，国内企业全面亏损，市场受到巨大冲击。另外，标准体系不完善，期货交易排斥煤制乙二醇产品以及进口大量低价产品等因素都导致当前行业整体竞争力不强，亏损严重。受原油价格低位运行、天然气接收价格过低、配套煤炭资源不到位、环保要求更加严格、业主条件变化、部分升级示范技术成熟度偏低等因素影响，煤炭深加工产业示范“十三五”规划 中规划的新建示范项目中，仅一个煤制油项目一期工程和一个煤制天然气项目一期工程建成投产，现代煤化工产业创新发展布局方案 提出的四大新型煤化工产业示范区总体推进缓慢。受示范项目推进缓慢的影响，部分新的示范技术尚未落实。3新型煤化工产业必须走生态化发展路径3.1高质发展，升级产业生态化3.1.1煤制烯烃产品多元化发展现有煤制烯烃项目应以高端化、差异化发展策略选择产品和技术方案，全面推进聚烯烃产品提档升级，满足下游制品更轻、更薄、更强的持续需求，为下游提供更好的应用或加工性能，同时提高产品附加值7。高端牌号：聚乙烯仍以 HDPE 品种为主，特别是高端管材料、大型吹塑中空料、汽车油箱料、高档包装材料等高端专用料供应短缺。对于聚丙烯，应重点关注绿色功能及个性包装、医疗健康、新能源汽车及汽车轻量化、智能家电、城市地下管廊及新农村建设等领域需求，特种功能性 BOPP 薄膜料、三元无规共聚CPP 膜料、薄型无纺布料、汽车和电器用专用料、高透明薄壁食品容器和医用注塑料等高端专用料发展前景较好。特殊品种：依托现有装置能力，综合甲醇、合成气资源优势等，适度丰富乙烯产品链，包括超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、聚丁烯-1等特殊品种产品8。3.1.2煤制油产品精细化拓展间接液化：费托合成油具有直链烷/烯烃含量高、无硫、无氮、无芳烃和无金属杂质等特点，可利用费托合成中间产物富含 琢-烯烃（高端聚烯烃共聚单体）、直链烷烃生产高纯度 琢-烯烃、高碳醇、PAO 等和高品质润滑油基础油、高品质白油、环保溶剂油等产品，向下游延伸产品链，实施一批技术可获得性强、市场前景看好的产品延伸项目，完成稳定重质油提质、混醇分离提质等工程9。陈艾等：新型煤化工产业生态化发展的政策分析、技术路径研究3-2023 年煤 化 工直接液化：区别于石油基燃料，煤直接液化的煤基特种燃料具有“一大三高四低”的特性，即大密度，高热值、高热容、高热安定性，低凝点、低硫、低氮、低芳烃，主要指标达到了世界领先水平。该产品突显其作为军用和航空特种油品的潜质，是未来解决航空航天领域特种燃料的重要途径，具有很高的军用前景。3.2集成融合，促进产业生态化煤化工与石油化工融合：煤化工产品主要是碳一化工产品，石油化工产品主要是“三烯三苯”等多碳化工产品。煤化工大多属于低碳分子重构的放热过程，石油化工属于大分子裂解的吸热过程，两者的耦合不仅可以大幅提高能效，也可以弥补各自的不足。可探索优化煤制油与炼油化工过程耦合的产业协同、融合发展新模式。开展煤气化、费托合成、油煤共炼等技术与炼油工艺技术的优化集成，依托大型炼厂开展煤与石油综合利用工业化创新示范10。目前国内煤化工与石油化工融合主要体现在煤制氢多联产系统与石油化工的联合发展。一是采用煤气化为核心的制氢系统，节省天然气和炼厂气、轻烃等资源；二是配套建设费托合成装置，费托合成粗蜡直接由炼厂二次加工，富含直链烷烃的石脑油补充作为乙烯裂解原料；三是配套建设油煤共炼装置对炼厂渣油和煤炭进行加氢，提供超清洁成品油组分油，副产的高芳潜石脑油补充作为重整原料；四是炼厂所产劣质石油焦、渣油以及油煤共炼装置所产液化残渣气化后，补充合成气资源。煤化工与盐化工融合：利用煤制烯烃项目提供的乙烯原料建设乙烯法无汞 PVC 树脂项目，可以替代电石乙炔法制 PVC 树脂（存在汞污染），从工艺源头实现无汞化，对国内氯碱行业结构调整和减汞、无汞化进程产生一定的示范作用11。采用乙烯氧氯化法工艺烧碱装置联产的氢气大量富余，可供应煤化工系统，降低变换单元负荷，从源头实现节能减碳。另外，可把煤化工副产的废盐通过氯碱装置实现钠、氯元素的资源化循环化利用。3.3多能融合，引领高碳能源低碳发展煤化工与天然气化工融合：煤炭中氢少碳多，天然气中氢多碳少，通过合适的煤炭与天然气配比来生产化学品，理论上能够直接合成满足碳氢比要求的产品，从而消除或减少变换环节产生的碳排放。在未来能耗和碳排放约束日益严格的情况下，同时拥有煤炭和天然气资源的企业采用煤、气互补的方式生产甲醇和烯烃，将获得一定的竞争优势。煤化工与可再生能源融合：可再生能源制氢和煤化工耦合对煤化工产业应对碳达峰和碳中和有重要意义，也是绿氢与工业领域融合的重点方向之一。一方面，可再生能源制氢不排放 CO2，通过绿氢与煤化工融合，由绿氢补充合成气原料，替代煤气化和水煤气变换生产的氢气，从工艺源头上实现 CO2大量减排；另一方面，将绿氢与煤化工和电厂的高浓度 CO2废气结合，生产甲醇绿色燃料，完全采用新能源而不通过化学燃料生产化学品，实现“零碳”可再生发展，实现增产量不增碳排放，对碳减排也有重大意义11。以煤制烯烃项目为例，通过与可再生能源的融合，煤制烯烃流程设计中可以取消变换（保留热回收）、空分、动力岛等高耗能单元，减小煤气化单元和热电装置的规模，大幅度降低资源能源消耗，从根本上有效减少污染物及 CO2排放12。3.4固碳循环，支撑产业低碳化3.4.1CO2可降解聚合物CO2可降解聚合物是 CO2与其他单体在催化剂作用下共聚得到的具有生物降解性能的高聚物，近年来受到高度关注。目前，比较具有工业化价值的主要是由 CO2与环氧化合物共聚所得的脂肪族聚酯，包括CO2/环氧丙烷共聚物、CO2/环氧乙烷共聚物、CO2/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物等品种。其中已实现工业化生产的主要是 CO2与环氧丙烷共聚物-聚碳酸亚丙酯（PPC），包括 PPC 树脂和 PPC 多元醇两大类，主要应用于地膜、可降解泡沫材料、一次性餐具和一次性医用材料等方面。3.4.2CO2加绿氢制甲醇目前，全球正大力布局和发展氢能，可为发展 CO2加氢制甲醇提供有力的支撑。2012 年，冰岛碳循环国际公司（CRI）建成了当时世界上最大的 CO2基燃料厂，利用地热电厂电解水制取的氢和工业排放 CO2反应合成甲醇，每年可消耗5 600 t CO2并制取约 4 000 t 甲醇，这是目前国际上唯一一套在产的 CO2加氢制甲醇装置。中科院上海高研院、海洋石油富岛公司和中国成达工程有限公司合作开展了 CO2加氢制甲醇关键技术开发及中试研究，2020 年 9 月通过了石化联合会组织的 5 000 t/a 工业试验装置现场 72 h 连续运行考核。2018 年 7 月，中科院大连化物所与兰州新区等合作建立了千吨级 CO2加氢合成甲醇工业化示范项目，2020 年 1 月试车成功，并通过石化联合会的科技成果鉴定，整体技术处于国际领先。2022 年 9 月，世界最大、国内首套采用 CRI 公司“ETL Process CRI-4-第 51 卷第 3 期MFE”工艺的安阳顺利环保科技有限公司 CO2加氢制绿色低碳甲醇联产 LNG 装置投产，项目年产 11 万 t甲醇并联产 7 万 t LNG，股东方之一的吉利科技集团也是我国甲醇汽车重要的推动者。总体来看，目前国内外 CO2加氢制甲醇技术能用于商业运行的仍以 CRI公司的 ETL 技术相对较为成熟先进。当前该行业的发展仍处于探索示范阶段，需要进一步攻关高效催化剂开发等相应技术，降低能耗和投资，并结合低成本绿电、绿氢等产业发展，才能加快其产业化进程13。4结语未来几十年，煤炭作为我国主要能源的地位仍不可动摇，新型煤化工产业是改变我国能源结构和能源清洁利用的有效途径。面对“双碳”政策的机遇和挑战，我国以前所未有的力度积极推进生态文明建设，新型煤化工产业必须走绿色、低碳、高效、节能、产品高端化和多元化的生态发展之路，实现煤炭从传统燃料到原料再到材料的转变。参考文献：1 黄晓勇.发展 CCS、CCUS、绿氢化工煤化工、油化工的低碳路径J.中国石油石化，2021（11）：32-33.2 张胜利，焦洪桥，杨靖华，等.碳中和背景下现代煤化工产业生态链布局和创新发展路径J.中国煤炭，2022，48（8）：7-13.3 黄润秋.把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局J.环境保护，2021，49（22）：8-10.4 胡迁林，赵明.不容迟缓的结构调整对现代煤化工发展的思考（下）J.中国石油和化工产业观察，2021（7）：34-35.5 杨亚从.煤化工污染与防治研究J.化工管理，2021（9）：28-29.6 胡迁林，赵明.“十四五”时期现代煤化工发展思考J.中国煤炭，2021，47（3）：2-8.7 曹伯楠.煤制烯烃产业发展策略研究J.化工管理，2016（29）：60-62.8 黄格省，胡杰，李锦山，等.我国煤制烯烃技术发展现状与趋势分析J.化工进展，2020，39（10）：3966-3974.9 韩来喜,齐振东.煤直接液化与煤间接液化油品工业调和应用研究J.煤化工，2021，49（4）：11-15.10 李琪乐，杨转红.现代煤化工发展与石油化工、盐化工融合研究J.中国石油和化工标准与质量，2021，41（21）：121-122.11 王明华.氢能-煤基能源产业战略转型路径研究J.现代化工，2021，41（7）：1-4.12 宋名秀，孙洪志，阿布都拉江那斯尔，等.二氧化碳减排技术路线探讨J.现代化工，2013，33（8）：5-8.13 林海周，罗志斌，裴爱国,等.二氧化碳与氢合成甲醇技术和产业化进展J.南方能源建设，2020，7（2）：14-19.陈艾等：新型煤化工产业生态化发展的政策分析、技术路径研究Research on policy and technical path of ecological development of new coal chemical industryChen Ai1,Jiao Hongqiao1,Wang Xiujiang2,Wang Qian2,Yang Jinghua1,Yang Likun1(1.CHN Energy Ningxia Coal Industry Co.,Ltd.,Yinchuan Ningxia 750011,China;2.China Petroleum and Chemical Industry Association Professional Committeeof Coal Chemical Industry,Beijing 100723,China)AbstractThe ecological development path of the new coal chemical industry is an effective way to address the 野carbonpeaking and carbon neutrality冶 requirements and increasingly strict environmental policies.The national ecologicalenvironment policy and the ecological development policy of the new coal chemical industry were analyzed,the operationstatus and existing problems of the new coal chemical industry were introduced,and the technical path of the ecologicaldevelopment of the new coal chemical industry was elaborated in detail from the aspects of high-quality development,integration,carbon sequestration,etc.Key wordsnew coal chemical industry;ecological development;policy analysis;technical path5-