现代煤化工发展与石油化工、盐化工的融合

杜晓丹，卢 珂

(1 中国天辰工程有限公司煤化工事业部，天津 300400；2 河北工业大学化工学院，天津 300401)

煤炭作为基础能源，在我国能源结构中具有举足轻重的地位，在一次能源的生产与消费中长期居于主导地位。2019年我国全年能源消费总量折标准煤48.6亿吨，其中煤炭消费量占能源消费总量的57.7%。

近年来，社会经济稳定高质量发展，我国对高品质清洁燃料、烯烃、芳烃及其衍生物等化学品的需求增长快速。煤炭作为我国的主体能源和重要原料，适度发展煤炭深加工产业，既是国家能源战略技术储备和产能储备的需要，也是推进煤炭清洁高效利用和保障国家能源安全的重要举措。我国在煤经甲醇制清洁燃料、烯烃和乙二醇等现代煤化工技术上已取得突破，关键技术实现了产业化，开创出一条煤炭洁净高效利用之路[1]。此外，煤制芳烃技术的研发和工业试验成功，推进了煤炭的清洁高效利用，减少芳烃对石油原料的依赖，使得煤代替原油做原料大批量生产芳烃成为现实。

国家高度重视煤炭资源的开发利用，出台了一系列产业支持政策，推动了煤化工产业的发展。然而受国内日益升级的安全、环保标准及国际低油价的冲击，我国煤化工企业需要更努力地开发出高效的生产工艺和技术，选择好的产品路线，与多种产业相融合，真正实现资源的循环经济发展局面。

1 政策支持

“十三五”期间我国将推动形成技术路线完整、产品种类齐全的煤炭深加工产业体系，重点开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5类模式及通用技术装备的升级示范。

2017年3月份，国家发改委、工信部发布了《现代煤化工产业创新发展布局方案》。方案规划布局了四个现代煤化工产业示范区：陕西榆林、新疆准东、宁夏宁东、内蒙古鄂尔多斯。对于上述煤炭富集地区，发展煤炭资源深加工是改善地区经济最有效的手段，可以进一步拉长产业链条，实现煤炭资源的“吃干榨尽”和最大产出效益。同时，方案提出煤化工相关产业融合发展的理念，即跨行业、跨地区优化配置要素资源，促进现代煤化工与电力、石油化工、冶金建材、化纤、盐化工等产业融合发展，构建循环经济产业链和产业集群，提升资源能源利用效率[2]。国家政策和文件的支持，为我国煤炭深加工、现代煤化工产业创新发展，指明了方向和道路。

2 现代煤化工技术发展现状

现代煤化工技术主要包括煤焦化、煤气化及煤液化[3]。近年随着相关企业和科研院所加大技术创新力度，新技术日渐成熟，其中如煤制烯烃、煤制芳烃、低阶煤分级利用等方面突破了一批关键技术，形成了较为成熟的终端煤化工产品。

2.1 煤制烯烃

煤制烯烃的生产工艺流程主要包括煤的气化、甲醇的合成以及甲醇制烯烃三个部分。其中甲醇制烯烃技术是煤制烯烃技术上的核心。目前甲醇制烯烃工艺有美孚石油的MTO的工艺、中科院大连化学物理研究所的DMTO生产工艺、中石化的SMTO生产技术、Lurgi的甲醇制丙烯(MTP)工艺、清华大学的FMTP技术[4]。2010年9月，以煤为原料，经由甲醇制取烯烃的装置在内蒙古包头市试车成功。这套神华集团承担的国家煤制烯烃示范化项目，正式开启了煤制烯烃的元年，是全球首套正式工业化生产的煤制烯烃装置。

自示范项目建成投产后，煤制烯烃技术快速发展，国内已投产或在建的煤制烯烃(含外购甲醇)项目达20多套。截止2018年底，我国建成的煤制烯烃装置总产能已超千万吨。煤制烯烃技术和装备水平不断提高、单位能效水平逐步提高，煤化工企业通过一系列全产业链成本控制措施的实施，产品成本较石油制烯烃成本更低，产品更有市场竞争力。煤制烯烃起到了承担部分代替石油化工资源的作用，两者形成了互为补充的关系。

2.2 煤制芳烃

煤制芳烃是将继煤制烯烃、煤制天然气、煤制油等新型煤化工项目之后的第五大产品，也是石油化工发展规划中的重点推广技术。

我国每年芳烃需求量远超两千余万吨，而每年仍有约1000万吨芳烃的缺口需从国外进口，国内制取芳烃绝大多数仍以石油为原料。煤制芳烃作为一种新的路线在国内有着广阔的发展前景，主要的技术有甲醇制芳烃、煤焦油及其加氢反应物制芳烃、煤制合成气一步法制芳烃这几种，其中较为成熟的仅有甲醇制芳烃一种。

甲醇制芳烃的技术来源主要有中科院山西煤化所的固定床甲醇制芳烃技术(MTA)、清华大学的循环流化床甲醇制芳烃技术(FMTA)、河南煤化集团研究院和北京化工大学开发的煤基甲醇制芳烃技术等[5]。

随着技术的不断发展，与甲醇制芳烃的高成本相比，煤制合成气后，再生产芳烃技术在生产成本及装置建造方面均具有无可比拟的优越性，对于煤炭富足而能源进口成本较大的地区可利用合成气制芳烃技术合理布局煤制芳烃产业。推广煤制芳烃产业布局，一方面可以作为对石油芳烃的重要补充，另一方面可以减少国内PX的进口，解决国内聚酯企业原料来源单一的问题。

2.3 低阶煤的分级利用

低阶煤的分级利用是将低阶煤视为能源与资源的共同体，以低阶煤为原料，以各组分不同理化性质和转化特性为依据，通过较少的能量获得液体燃料、高活性半焦、有价值的化学品和高热值的燃料气。

根据低阶煤气化技术的种类，可将低阶煤分级利用技术分为：低阶煤完全气化分级利用技术、低阶煤部分气化分级利用技术和低阶煤热解分级利用技术。其中，低阶煤热解分级利用技术因其产品最丰富、油气品质高、工艺设备简单、反应条件温和(中低温、无压力、无需催化剂)、能源转化效率高(均80%以上)、煤种适应性广、能耗低、对环境污染小、易于实现大型化等特点，可实现节能、环保和经济效益的最大化，更易于推广应用[6]。

随着我国煤炭生产战略性西移，中西部煤炭资源主要是长焰煤和褐煤，具有挥发分高、含油率较高的特点，与煤炭分离利用技术结合，形成了低温热解-油品提质-半焦燃烧发电，低温热解-油品提质-半焦气化-合成和加氢热解-半焦气化-费托合成-油品共气化等不同的发展路线，实现煤转油、气、电、热的循环经济体系。

3 现代煤化工与多产业的融合发展

3.1 现代煤化工与石油化工产业融合

石油化工行业作为我国国民经济的支柱行业，在经济发展过程中具有重要的作用。随着我国经济的发展，乙烯和丙烯为代表的基本化工原料的需求逐年增加。

虽然目前烯烃类产品主要以石油化工企业为主导生产，技术较为成熟，产量趋于稳定，但仍严重供不应求，需大量从国外进口。如仅靠石油化工提炼无法满足国内需求，迫切需要找到一条多元发展的途径。随着煤制烯烃技术的成熟，煤制烯烃已经成为拓展非石油资源转化为基本石油化工原料的新途径[4]。

不断完善发展的煤制芳烃技术，则是对现代煤化工对弥补石油制芳烃产业的另一种贡献。截止2020年，我国煤制烯烃产能已达到1200万吨/年，约占全年烯烃产能的18%。煤制烯烃减轻了我国石油过分依赖进口的压力，成为保证国家能源安全的重要保障措施。即使在目前低油价下的格局下，采用先进的气流床煤气化工艺技术、先进甲醇生产工艺、合成气一步法等技术，仍有广阔的发展空间。

将煤化工技术与石油化工技术融合发展，利用现代煤化工工艺替代部分传统的石油工艺来制取烯烃、芳烃为代表的大宗化学品，可实现国家能源战略的稳定及产业的多元化发展。

3.2 现代煤化工与盐化工产业融合

盐化工行业是我国国民经济发展的基础行业之一，聚氯乙烯(PVC)作为盐化工产业主要产品之一，广泛应用于包装材料、人造革、塑料制品等软制品和异型材、管材、板材等硬制品，是国家重点推荐使用的化学建材。

国内外PVC的生产主要有两种制备工艺：一是电石法，主要生产原料是电石、煤炭和原盐；二是乙烯法，主要原料是石油。受制于我国贫油、少气、富煤的资源国情，国内生产工艺以电石法为主。生产企业受制于盈利困难，环保治理难度大、能耗高等一系列问题，在低油价下成本优势不在，企业生产规模增长缓慢。乙烯法制PVC因其产品性能、环保方面有着天然优势越来越受到国内企业的青睐。通过引入现代煤化工技术，利用成熟的煤制烯烃技术，将生产的乙烯产品，与盐化工产业的氯气产品相结合，可生产出性能更好、附加值更高的产品。

4 面临的问题和建议

4.1 现代煤化工的问题

与石油化工相比，在生产同样的产品时，煤化工具有投资大、能耗高、“三废”处理量大、碳排放高等弱点。煤化工产业对于水资源的消耗较高[7]，对我国的生态环境造成了较大的影响。国内大多数煤化工企业在生产过程中，常常会占用所在地区大量的水资源，造成工业水质匮乏和自然环境破坏的现象。煤化工经过几十年的发展，虽然给煤化工企业带来了客观的经济效益，但也出现了煤化工企业发展过快所产生的一系列问题。时至今日，一些传统性煤化工企业产能过剩问题被频繁的暴露出来，煤化工产品因产能过剩而失去其应有的价值，沦为廉价商品。

另外，现代煤化工会排放大量的温室气体。有数据表明，煤制烯烃的二氧化碳排放量超过7吨/吨产品，煤制油超过8吨/吨产品，煤制甲醇约2.8吨/吨产品。与石油路线的能效对比，新型煤化工的能效较低，仅为石油路线的50%左右。

4.2 现代煤化工与石油化工、盐化工的发展建议

现代煤化工若要取得长足的发展，必须从技术节能减排入手，提高能效水平、做好资源的循环利用，做到末端污染物的集中治理与回收。通过与相关产业的融合发展，弥补产业发展弱势，取得多赢的发展效果。

伴随着现代煤化工的快速发展，使得煤经甲醇生产多种清洁燃料和基础化工原料成为可能，这也给石油化工和煤化工融合发展带来了新的机遇。现代煤化工装置与石化基地配套融合建设气化岛，在煤油共炼、炼厂补充氢源、烯烃产品、CO2回收驱油等领域获得结合点，实现由碳一化学转向多碳化学的转化，即可提升油品品质，也可降低碳排放，推进可再生能源的大规模应用，实现清洁能源多能互补、促进煤化工与石油化工协调发展。

煤-盐联合化工则以煤炭和原盐产业链为核心内容、以资源综合开发利用为主要特色、以盐化-煤化一体化工程为基本路线，通过煤炭分级利用技术生产焦煤气、煤焦油、焦炭，同时将干馏后的气液固分别与现代煤化工技术结合，将原本弃之不用的焦油和焦炉煤气通过新的工艺和新的技术使焦油进行粗苯精制，焦炉煤气生产天然气，焦炭生产合成气制甲醇。依托甲醇制烯烃技术将生产出来的烯烃产品与盐化工副产品生产聚氯乙烯。同时，原煤发电供园区动力电使用，副产蒸汽作为煤-盐化工园区的热源，形成闭路循环的产业链，将各生产单元之间原料、产品和副产品互连，打造原盐-烧碱-聚氯乙烯产业链、煤-焦炭-化学品产业链、原煤-甲醇-烯烃产业链，最终达到综合利用的目的。

5 结 语

在我国安全、环保管理要求、标准日益严格的背景下，现代煤化工技术的竞争将变得日益激烈。随着煤炭分级利用及煤制芳烃技术的不断发展，加强与盐化工、石油化工产品的融合，设置适宜的产品目标和设计合理的工艺路线，多产业协调发展，实现我国煤炭转化产业结构调整和优化升级、保证国民经济的快速平稳发展。