现代煤化工产业发展现状、问题与建议
2021年9月13日，习近平总书记视察国家能源集团榆林化工有限公司并发表重要讲话，强调煤化工产业潜力巨大、大有前途，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，把加强科技创新作为最紧迫任务，加快关键核心技术攻关，积极发展煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等[1]。现代煤化工产业应认真学习领会习总书记重要讲话精神，从战略高度认识发展现代煤化工产业的重大意义，从产业链、供应链、创新链角度探索产业布局和发展路径。建议从国家层面明晰对现代煤化工产业的定位，明确“双碳”目标下现代煤化工产业的优先发展方向，“十四五”期间应支持研发一批、示范一批煤炭清洁高效利用新技术，建设一批煤-油-化新能源新材料一体化绿色低碳的示范项目，增强我国能源安全保障能力，推动现代煤化工产业高质量发展。
1 我国现代煤化工技术和产业发展现状
近年来，我国油气对外依存度持续攀升，2021年，我国石油对外依存度高达72%，天然气对外依存度达44%[2]。以烯烃、乙二醇、对二甲苯为主的大宗化工产品消费量超过1.4亿t，自给率仅约50%，能源安全形势严峻。
经过近20年的努力，我国现代煤化工技术和产业规模总体处于国际领先地位[3-4]，以国家能源集团、中国石化集团、中煤能源集团、陕煤化集团等大型国有骨干企业作为重大项目研发和示范实施主体，与中科院大连化物所、中科院山西煤化所、煤炭科学研究总院、清华大学、天津大学、北京低碳清洁能源研究院等科研单位开展联合攻关，开发了一系列具有自主知识产权的原创性技术，建成一批重大示范工程，成功搭建了从煤炭资源向油气和化工品转化的桥梁。先后掌握了百万吨级煤直接液化、60万吨级煤制烯烃、400万吨级煤间接液化、千万吨级煤炭分质利用、40万吨级煤制乙二醇、10万吨级煤化工CO2捕集与封存等系列技术，奠定了我国在全球煤化工产业的领先地位,为发挥我国煤炭资源优势、降低油气对外依存度、拓展石油化工原料来源、保障国家能源安全开辟了新途径，成为煤炭清洁高效利用的重要技术路径。我国现代煤化工技术不断创新、产业不断壮大发展,被国际能源化工业认为是与美国页岩气化工并列的影响国际能源化工格局的大事件。
1.1 产业规模全球最大
截至“十三五”末，我国煤制油产能达到906万t/a，煤制天然气产能达到51.05亿m3/a，煤(甲醇)制烯烃产能达到1 672万t/a，煤(合成气)制乙二醇产能达到597万t/a。其中，煤(甲醇)路线制乙烯产能占全国乙烯总产能的20.1%，煤(甲醇)路线制丙烯产能占全国丙烯总产能的21.5%，煤(合成气)路线制乙二醇产能占全国乙二醇总产能的38.1%[5]。2020年，煤制油、气，煤制烯烃、乙二醇等四大类主产品总产量约2 647万t，年转化煤炭约9 380万t标煤。同时，现代煤化工还可以生产石油化工无法生产的油品和化工产品[6-7](如：特种燃料、长碳链α-烯烃、高档润滑油基础油、萘、蒽、菲、高端碳素材料等)。
1.2 技术水平国际领先
经过近20年技术攻关，我国现已形成较为完备的现代煤化工工程技术体系，总体处于国际领先或先进水平。其中，煤直接液化、粉煤中低温热解及焦油轻质化技术属国际首创，煤制烯烃、煤制芳烃、低温费托合成、煤制乙二醇、煤油共炼技术处于国际领先水平，大型煤气化、高温费托合成技术处于国际先进水平，煤化工制氢产业技术基础雄厚[5]。“十三五”以来，现代煤化工领域获国家技术发明一等奖1项，国家科技进步一等奖3项。
1.3 运行水平不断提高
以国家能源集团鄂尔多斯百万吨级煤直接液化、包头60万吨级煤制烯烃和宁夏煤业400万吨级煤间接液化项目为代表的一系列重大示范工程均实现了安全、稳定、清洁、长周期运行，能效持续提升，物耗、能耗、水耗和“三废”排放量不断降低。“十三五”期间建成的现代煤化工项目执行了最严格的大气污染物排放标准，部分项目率先实现了常规污染物的超低排放，西部地区项目实现污水“近零排放”，废渣综合利用率逐步提高。
1.4 带动作用显著增强
现代煤化工产业的发展带动了我国化工装备向大型化、高端化发展，突破了2 000～4 000 t/d大型气化炉、10万Nm3/h空分成套设备、大直径高温高压临氢反应器等关键核心装备制造，研发了一系列特种流程泵、特种阀及特种管材和钢板。以国家能源集团鄂尔多斯百万吨级煤直接液化示范项目为例，装备国产化率达到99%。现代煤化工项目投资大、附加值高、利税水平高，有力推进了区域经济发展，为解决当地就业、调整当地产业结构发挥了积极作用，成为推动西部大开发战略、促进西部煤炭资源型地区转型升级发展的重要抓手。
2 现代煤化工发展面临的主要问题及其挑战
尽管我国现代煤化工发展取得了巨大成就，但与石油化工相比，煤化工还不具备规模化、基地化优势；产业链较短，产品附加值不高，同质化现象比较明显；能源转化效率和运行稳定性还有待提升；固碳、减碳工作亟待加强。特别是在能耗“双控”和“双碳”目标下，国家层面对“十四五”期间现代煤化工的顶层设计和规划还不清晰。
2.1 现代煤化工被视为高耗能产业，缺乏扶持政策
在能耗“双控”政策下，部分地方政府要求新建项目能耗强度低于区域平均水平，“一刀切”地将现代煤化工项目作为“两高”项目限制发展。由于能耗指标紧张，不少已建成投产的项目难以正常运行，已核准开工的项目无法正常建设。新规划项目通过采用先进技术、延伸产业链可以显著降低能耗强度，但是由于能耗总量受控，在立项审批过程中面临较多困难。另外，原料用能统计方法尚未发布实施细则，地方政府在统计项目能耗时仍未剔除煤化工的原料用能，造成现代煤化工项目高能耗的表象。
现代煤化工产业的发展为我国能源安全提供了重要支撑，但由于尚不具备规模化、一体化优势，存在抵抗市场风险能力不足的问题。例如，煤制油项目普遍受高额的成品油消费税制约，煤制气项目受制于定价机制、管网输送等因素，经济效益较差，部分企业生存压力较大，亟需国家出台相关政策予以支持。另外，现代煤化工项目属于资本密集型产业，但由于被视为高耗能产业，与新能源等领域相比，目前对该领域的产业金融支持力度明显不足。
2.2 国家层面顶层设计和规划亟待进一步明晰
国家“十四五”规划纲要提出“稳妥推进内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、山西晋北、新疆准东、新疆哈密等煤制油气战略基地建设，建立产能和技术储备”。国务院《2030年前碳达峰行动方案》中指出“严格项目准入，合理安排建设时序，严控新增炼油和传统煤化工生产能力，稳妥有序发展现代煤化工。”国家发展改革委等部门联合发布的《煤炭清洁高效利用重点领域标杆水平和基准水平(2022年版)》对煤制甲醇、煤制烯烃和煤制乙二醇领域的项目能耗、排放水平提出标杆和基准水平要求。但截至目前，对现代煤化工发展仅有上述宏观层面意见，没有出台具体的产业规划和重点项目布局方案，对“十四五”期间的总体发展规模、优先鼓励发展的技术路线和全面系统的综合评价指标及其准入门槛等尚未有明确的指导意见。在能耗“双控”和“双碳”目标下，如何在“十四五”布局好一批高质量的现代煤化工项目，亟待国家层面尽快出台专项规划。
2.3 产品结构和能源转化效率有待优化
目前，我国现代煤化工产业链较短，下游精细化、差异化、专用化的产品开发推进缓慢，煤炭独特的有机大分子优势未能充分发挥，产品主要以汽柴油、通用牌号聚烯烃和乙二醇等大宗初级产品为主，结构较为单一，造成同质化产品供应激增，加剧了同业竞争。而且，我国已建成的现代煤化工项目布局分散，缺少基地化、规模化布局的统筹规划，未能在油化联产方面形成有效协同。
现代煤化工项目的能源转化效率也还有进一步提高的空间。据测算，煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃和煤制乙二醇，吨产品综合能耗分别约为1.7、2.0、2.7、2.3 t标煤，吨产品CO2排放量分别约为5.8、6.5、11.1和5.6 t[8]，见表1。在能耗“双控”和“双碳”目标下，现代煤化工还需进一步提升转化效能。
表1 现代煤化工吨产品综合能耗和碳排放情况
煤化工技术路线吨产品综合能耗/t标煤吨产品CO2排放量/t煤直接液化1.75.8煤间接液化2.06.5煤制烯烃2.711.1煤制乙二醇2.35.6
3 现代煤化工产业转型升级发展路径
现代煤化工具有能源和化工双重属性，发展现代煤化工有利于统筹好安全和发展，既可保障国防“海陆空天”油品需求，又可以生产一系列化工品和新材料，对保障我国能源安全、推进煤炭清洁高效利用具有重大战略意义。“十四五”期间，现代煤化工产业应围绕习近平总书记提出的高端化、多元化、低碳化发展理念，加快产业链延伸和扩展、加强产业和技术融合，加大新能源、碳减排技术应用，积极探索现代煤化工产业转型升级发展的新路径。
3.1 提升产品价值，实现高端化发展
现代煤化工产业要不断提高煤炭综合利用效能，充分发挥煤炭原料性能本质特点，找准具有比较优势的技术路线和产品方案，避免针锋相对地与石油化工比规模拼成本[9]，应该差异化发展石油化工难以生产或生产成本较高的特有产品，通过延链、补链和强链，提高产品附加值。立足煤直接液化油品“一大三高四低”的显著特性[6-7]，加强航空航天煤基高性能燃料、舰用柴油、特殊环境燃料、一体化通用燃料等特种油品的研发，提高军用油品供应保障能力；以煤液化油渣沥青和煤焦化沥青等为原料，开发国防、航空航天用高模量碳纤维、超级电容器用活性炭、高性能储能电池负极等高档碳材料。煤间接液化应重点开发α-烯烃、高品质润滑油基础油、煤基高端蜡等高端产品。煤制烯烃应积极开发差异化、高端化聚烯烃牌号化工品。煤制乙二醇在开发长纤聚酯用、高档聚酯用产品的同时，要利用中间产品积极发展聚乙醇酸等生物可降解材料等。现代煤化工高端化发展路径如图1所示。
图1 现代煤化工高端化发展路径
3.2 突破行业壁垒，实现多元化发展
在原料和工艺耦合多元化方面，深化现代煤化工与石油化工、天然气化工、生物化工、氯碱化工、冶金建材等产业的耦合，取长补短，提供能效物耗优化解决方案。特别是加强现代煤化工和石油化工耦合生产烯烃和芳烃等化学品技术研发。现代煤化工大多属于低碳分子重构的放热过程，如甲醇制烯烃；而石油加工属于大分子裂解的吸热过程，如石脑油裂解制烯烃，两者的耦合不仅可以大幅提高原子利用率以及能量效率，同时可弥补石油化工生产路线的结构性缺陷[10]；因此，可基于上述思路发展甲醇石脑油耦合联产烯烃芳烃技术。在能源供给多元化方面，逐步提升可再生能源在煤化工用能中的占比，实现供能的耦合。在产品多元化方面，加快从生产单一的油品和聚烯烃产品向“油—化—新材料”的多元化产品体系转变，推动终端产品多元化。现代煤化工多元化发展路径如图2所示。
3.3 加强技术融合，实现低碳化发展
一方面，应充分发挥煤化工在固碳、减碳方面的技术优势，生产高固碳能力的煤基碳素新材料和具有减碳优势的含氧化合物，实现源头固碳。另一方面，应加快煤化工与绿电、绿氢、绿氧、储能、储热等新兴技术的有机融合，替代部分原料煤和燃料煤的消耗，做到过程减碳。通过可再生能源发电及电解水制取绿氢，与现代煤化工生产过程深度耦合，利用绿氢来调节氢碳比，可取消水煤气变换工段，减少CO2排放量和提高碳资源利用率。大规模采用绿电作为煤化工电力，研发应用高效储热制蒸汽技术，可替代部分燃料煤的使用。此外，应充分利用现代煤化工CO2排放浓度高、集中度高、易于低成本捕集的特点，大力发展CCS/CCUS技术，在碳中和阶段主动减碳。同时，应积极应用推广煤化工节能环保技术，重点推广超大型废锅气化炉技术、低位热能利用技术、高效精馏技术等节能节水新技术。现代煤化工低碳化发展路径如图3所示。
图2 现代煤化工多元化发展路径
图3 现代煤化工低碳化发展路径
4 对策建议
4.1 进一步明晰现代煤化工产业的发展方向和重点项目布局规划
建议国家层面尽快出台现代煤化工“十四五”专项发展规划和重点项目布局方案，对产业发展总体规模、优先发展路线提出指导性意见，对标“双碳”目标合理设置项目能耗强度、碳排放强度等关键指标的准入门槛，明确煤制油气作为国家能源安全战略储备的定位，考虑合理调整煤直接液化和煤间接液化之间失衡的产能比例，将煤基特种燃料列入国家石油收储目录，将煤基特种燃料、煤基生物可降解材料、煤基高端碳素材料等高端煤化工产品列入战略性新兴产业中的新能源、新材料产业进行部署，由原来的视为传统“两高”项目限制发展，调整为国家重点扶持的战略性新兴产业，从而获得政策支持有序高质量发展。
4.2 多措并举支持现代煤化工走节能减碳发展道路
产业政策方面，建议出台原料用能不计入能耗考核的实施细则，规范能耗统计计算方法，对国家重大项目实行能耗统筹或单列。鼓励实施开展煤炭、煤化工、新能源一体化、园区化、规模化发展的综合能源项目，应优先配置煤炭和新能源资源，鼓励新能源就地消纳，加强电网侧支撑能力，提升项目抗风险能力。对于纳入国家煤炭清洁高效利用的科技攻关项目、突出煤炭资源特点和科技创新示范的项目、具有技术资金资源优势的国有大型企业项目，应优先核准并纳入产业规划布局，积极升级示范。
财税政策方面，建议加强对现代煤化工产业的金融支持力度，对煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等高端绿色低碳项目给予定向的专项低息贷款支持。建议改革优化煤制油税制，实行弹性税制，当国际油价降至60美元/桶以下时不再征收消费税，当油价较高时采用阶梯式标准征收消费税，以便支撑煤制油气项目作为国家能源战略储备可持续发展。
4.3 加强原创性、引领性科技攻关
建议加强重大科技项目布局，在国家层面布局和实施煤炭清洁高效转化科技攻关，重点研发煤基特种燃料、煤基生物可降解材料和高端碳素材料、近零碳排放煤化工工艺、低成本CO2捕集技术、CO2驱油和综合利用技术、CO2地质封存等技术，加快突破一批关键核心技术，支撑煤化工产业高质量发展。另外，建议加强煤化工领域国家级研发平台建设，鼓励相关行业龙头企业加大研发投入，整合全国优势研发力量以实现“产学研”深度融合，共同打造现代煤化工国家战略研发力量。
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Development status, problems and suggestions of modern coal chemical industry
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