现代煤化工产业发展路径探索

刘丙敏 李旬强 宋培健

山东聊城 252211

随着“双碳”战略目标的提出，在国家政策的引导下，我国对煤炭资源的清洁高效利用提出了更高的要求。我国煤炭资源利用正向绿色低碳发展方向，深入贯彻并落实碳达峰、碳中和的任务，逐步推进煤化工产业的转型升级。

1 现代煤化工产业的战略意义

现代煤化工主要以煤为原料，通过化学工艺与设备将煤转化为气体、液体、固体等煤化产品和清洁燃料，主要煤转化工艺与煤化产品如图1 所示。

图1 现代煤化工煤转化工艺及产品路线

我国地域广阔煤炭资源丰富，但石油、天然气储量占比较低，加上经济发展对能源需求不断增长，长期以来煤炭资源在能源结构中占据着主导地位，也是碳排放的主要来源。数据显示，2021 年我国煤炭产量为41.3 亿t，同比增长5.7%，同时煤炭资源的消耗同比上升4.6%，在能源结构中煤炭资源消耗接近60%[1]。目前我国是世界上最大的发展中国家，能源消耗也占据了世界第一的位置，大力推进现代煤化工产业的发展对于节能降耗意义重大。

其次，“双碳”目标的提出对我国煤化工产业发展提出了更高的要求。按照“十四五”规划要求，我国经济建设将“以降碳为重点战略方向，减污降碳协同增效”，以煤炭资源为主的能源结构无法满足碳减排的战略要求。因此，推进现代煤化工产业发展，加速能源结构转型已经刻不容缓[2]。

2 现代煤化工产业的发展困境

2.1 关键技术创新能力不足

我国现代煤化工已历经十几年的发展，煤液化、煤气化领域已经形成较为完备的体系。但随着资源需求量的增长，以及碳减排要求的提高，煤化工产业在煤炭资源利用与能源转化效率上还有很大提升空间[3]。根据我国煤化工产业发展态势，预计2025 年我国碳排放总量将达到2.5 亿t，到2030 年将达到82.4 亿t。

目前我国煤化工产业中存在煤化工产品产能过剩、同质化严重的问题，同行间的竞争激烈。以煤制烯烃项目为例，近几年各地都在投资兴建，比如山西焦煤集团兴建年产60 万t 烯烃及焦炉煤气制甲醇一体化项目、新疆山能化工投资198 亿建设年产80 万t 煤制烯烃项目。建设过于集中会迅速拉高烯烃产业的产能，国内供应格局将被改变，有导致产能过剩的风险。另外，现代煤化工产业下游产品研发力度不足，缺乏核心技术的支撑。虽然下游产品种类较多，但大都属于低端产品。缺乏高端产品、精细化产品的支撑，导致我国煤化工产业在国际上缺乏竞争优势。

2.2 碳减排需求的提高

当前国家对于生态环境保护的要求不断在提高，“双碳”战略的提出使得现代煤化工产业发展受到限制，高能耗、高排放项目逐步被市场淘汰[4]。2019 年我国煤化工产业消耗1.09 亿t 煤和3.71 亿t 淡水资源，分别占全国煤炭资源和淡水资源消耗量的2.7%和0.6%；煤化工生产产生的CO2达到了1.32 亿t，占全国CO2排放总量的1.4%，碳减排形式相当严峻。

（1）节能降碳：虽然现代煤化工相对于传统煤化工在能源消耗、碳排放方面都有了很大进步，但从整体看煤化工产业依然是高消耗、高碳排产业，距离“双碳”战略目标的要求差距还很大。

（2）环境压力：目前我国许多大型煤化工企业主要集中在新疆、内蒙、宁夏、陕西、山西等地，这些地区煤炭资源丰富比较适合发展现代煤化工产业，但同时这些地区又是我国重要的生态保护区域，两者在战略布局上高度重合，因此对于煤化工产业的环保要求也更高。

3 现代煤化工产业的高质量发展路径

富煤贫油少气奠定了我国以煤炭资源为主的能源结构体系，目前还没有新能源可以替代煤炭资源占据主导地位，在未来很长的一段时间内煤炭资源依然是我国能源结构的主体。通过技术创新实现煤炭资源的清洁高效利用，是未来煤化工产业高质量发展的重要途径[5]。

3.1 加快产业结构调整

经过十几年的发展，我国煤气化技术已经初具规模，资源利用水平不断提高。以甲醇生产原料为例，一直以来煤制甲醇的原料主要包括三类煤炭、天然气和焦炉气。近些年我国煤气化技术逐步成熟，煤制甲醇工艺生产线越来越多，生产装置逐步改进，工艺日趋完善，能源消耗与污染物排放都呈现快速下降趋势，目前我国煤制甲醇生产水平已经位居世界前列。虽然获得了飞速发展，但规模化、大型化、集约化不足，产业结构还需要进一步调整，

3.2 加强关键核心技术攻关

习近平总书记在考察榆林化工集团时提出“要提高煤炭作为化工原料的综合利用效能，促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展”。按照这一要求，我国煤化工产业应立足国家能源发展战略，同时还要考虑民生需求，通过科学创新在煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等关键核心技术上进行攻关。

2021 年我国某军事研究单位在煤基油品领域实现技术突破，地面装备煤基通用柴油正式进入军事领域，摆脱地面装备油料依赖原油进口的现状。并且油质清洁环保，通用性、适应性优良，能够满足地面装备在- 60～55℃环境中全地域通用要求，保障了我国军用能源的战略安全。

我国在煤基生物可降解材料等技术及产业方面也有了很大突破。自国家生态环境部印发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》之后，我国塑料行业乃至煤制烯烃产业都受到了严重的冲击，生物可降解材料成为破局的关键[6]。聚乙醇酸（PGA）是一种完全可生物降解塑料，现代煤化工技术能够很好地适应PGA 的生产需求，成为通用的塑料的替代品。2021 年3 月，国家能源集团松林能源化工5万t/ a PGA 项目开始投建，成为全球首套PGA 装置；同年7 月，中国石化贵州50 万t/ a PGA 生产项目一期工程进入建设阶段，吨产品投资与煤制烯烃相当，但原料煤的消耗降低了一半，碳排放仅为煤制烯烃的1/ 3，经济效益、生态效益显著。

3.3 推动产业深度清洁化发展

现代煤化工产业的健康发展必须遵循环境友好型路线，以绿色低碳为发展方向，在煤化工生产中全流程节能降耗、减少碳排放[7]。

（1）解决现代煤化工产业中高盐废水问题。高盐废水主要来自于煤化工生产过程中的原料和添加的各种化学药剂，目前常用的技术是超滤+ 反渗透双膜回用技术，再通过蒸发结晶对末端高盐废水进行处理获得固态混合盐，基本实现工业废水零排放，但是对于混合盐的处理仍然是煤化工产业的一个难题。德兰梅勒公司在高盐废水分离方面一直处于领先地位，在分离硫酸钠- 氯化钠混盐中采用了纳滤膜与冷却结晶的方法，取得了良好的效果。工艺流程为：将混合盐溶液使用纳滤膜进行分离，将获得的硫酸钠盐液置于MVR 蒸发器中于80℃下高温蒸发，可获得高纯度的无水硫酸钠；将经过纳滤膜过滤后的母液进行冷却结晶，再置于MVR 蒸发器于50～55℃下低温蒸发，可以获得高纯度氯化钠。该技术尚处于示范阶段，还有待进一步完善才能大规模推广。

（2）有效降低现代煤化工生产的碳排放。现代煤化工产业中的碳排放主要来自于生产过程中的能源消耗和工艺排放两个方面。首先是降低煤化工生产过程中的能源消耗，提高煤炭资源的有效利用率及资源的转化率，从而加快绿色能源的推广与利用；其次，做好CO2的回收与利用，目前常用的CO2回收技术是碳捕捉与存储（CCS）[8]。回收后的CO2可以用来发电、制作干冰等，超临界发电技术就是一种以CO2为工质和载体替代超临界水发电系统，该技术更加稳定、节能。另外，干冰的用途也非常广泛，被应用于清洁、制冷、降雨等领域。

4 结语

我国现代煤化工正处于快速上升期，虽然取得了一定的成绩，但依然存在高耗能、高碳排的问题，技术进步空间大。在“双碳”战略目标下，我国现代煤化工产业必须走一条绿色低碳高质量的发展之路，充分考虑国家能源战略与民生经济的需求，明确发展方向与定位，通过科学创新在技术上寻求突破。因此，我国现代煤化工产业应重点做好产业结构调整、加强关键核心技术的攻关、推动现代煤化工产业深度清洁化发展。