煤化工應(yīng)與石油化工聯(lián)動

——訪中國工程院院士、中科院大連化物所所長劉中民

在央視《大國科學(xué)家》系列報(bào)道中，中國工程院院士、中科院大連化物所所長劉中民作為把煤變成烯烴的“魔術(shù)師”，介紹了這一戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突破和經(jīng)濟(jì)效益。連日來，多家企業(yè)公布了煤制烯烴項(xiàng)目進(jìn)展。新疆能化80萬噸煤制烯烴項(xiàng)目、內(nèi)蒙古寶豐100萬噸煤制烯烴項(xiàng)目等均在積極推進(jìn)，這表明地方、企業(yè)在重視煤炭清潔高效利用的同時，對煤化工節(jié)能降碳也有著相應(yīng)布局。

近日，劉中民在接受中能傳媒記者采訪時介紹了近十年來煤化工技術(shù)的突破和商業(yè)化成功案例。他認(rèn)為，從能源安全保底方面考慮，煤化工要與石油化工聯(lián)動，以彌補(bǔ)石油化工因優(yōu)質(zhì)石腦油原料不足造成的烯烴和芳烴短缺，促進(jìn)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

我國煤炭清潔利用居世界前列

中能傳媒：這十年來，您認(rèn)為在煤炭清潔高效利用方面，值得關(guān)注的技術(shù)突破有哪些?

劉中民：近年來，我國在煤炭清潔高效利用技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步，持續(xù)推動煤炭由燃料向燃料與原料耦合轉(zhuǎn)變，部分技術(shù)已經(jīng)走在世界前列，煤化工進(jìn)入快速發(fā)展期，高耗能工業(yè)能耗指標(biāo)明顯降低。

一是燃煤發(fā)電機(jī)組供電煤耗逐步降低。煤電正在逐步推進(jìn)深度靈活調(diào)峰技術(shù)的開發(fā)與實(shí)施，以平抑可再生能源的間歇性、波動性問題，提升電力系統(tǒng)對可再生能源的接納能力。近年來，部分煤電企業(yè)不斷下探負(fù)荷深度調(diào)峰空間，如國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司開發(fā)的超低背壓微出力切缸技術(shù)和高低旁聯(lián)合供熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組20%負(fù)荷深度調(diào)峰及靈活性供熱改造調(diào)試。

二是煤化工技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。第三代甲醇制烯烴技術(shù)正在開展百萬噸級工業(yè)示范裝置建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)噸烯烴甲醇單耗2.6~2.7噸，比目前行業(yè)指標(biāo)降低10%以上。煤制乙醇技術(shù)累計(jì)許可產(chǎn)能達(dá)到285萬噸/年，世界首套50萬噸/年項(xiàng)目計(jì)劃年內(nèi)投產(chǎn)，將在替代糧食乙醇及鋼廠煤氣制乙醇方面發(fā)揮作用。以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯為平臺的含氧化合物產(chǎn)業(yè)鏈有望快速形成，合成氣直接制烯烴、芳烴等新技術(shù)取得突破性進(jìn)展。煤化工行業(yè)整體規(guī)模保持增長，產(chǎn)能利用率逐漸提高，多數(shù)裝置具備“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行能力，原料煤耗、綜合能耗、水耗持續(xù)下降，能效持續(xù)提升。

三是重點(diǎn)高耗能行業(yè)節(jié)能降耗效果明顯，正在探索低碳化轉(zhuǎn)型升級。化工、鋼鐵、有色、水泥等用煤行業(yè)作為重要的支柱性產(chǎn)業(yè)，普遍存在高能耗、高排放問題。從“十三五”開始，我國在工業(yè)過程節(jié)能提效方面加大科技創(chuàng)新力度，取得顯著成效。以水泥行業(yè)為例，與2015年相比，2020年規(guī)模以上水泥企業(yè)噸水泥熟料綜合能耗下降3.6%。開發(fā)的水泥回轉(zhuǎn)窯富氧燃燒技術(shù)，可使回轉(zhuǎn)窯節(jié)煤率達(dá)到8%。鋼鐵行業(yè)作為典型高耗能行業(yè)，深入推進(jìn)節(jié)能減排，截至2021年底，1.4億噸鋼鐵產(chǎn)能完成全流程超低排放改造。采用氫基熔融還原冶煉技術(shù)成功生產(chǎn)出高純鑄造生鐵水。

發(fā)揮煤炭的“原料屬性”

中能傳媒：為什么說相比煤炭燃燒供能，利用相同數(shù)量的煤炭轉(zhuǎn)化成其他產(chǎn)品更劃算?

劉中民：煤炭是我國能源產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)資源，也是基礎(chǔ)工業(yè)的主要燃料和原料。“富煤、貧油、少氣”的能源資源稟賦決定著煤炭將在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮長期作用。我國煤炭主要用于燃煤發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)及化工原料。以2020年煤炭消耗為例，燃煤發(fā)電占52%、鋼鐵占17%、化工占8%。

我國的煤化工行業(yè)承擔(dān)著彌補(bǔ)石油資源不足、保障能源安全的任務(wù)，特別在當(dāng)前復(fù)雜的國際形勢下，煤制油氣及大宗化學(xué)品對保障國家能源安全及產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全具有戰(zhàn)略意義。同時，發(fā)展現(xiàn)代煤化工也可以有效彌補(bǔ)石油化工原料(主要是石腦油)不足及其結(jié)構(gòu)性缺陷，推進(jìn)化工行業(yè)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化。相比燃煤發(fā)電，現(xiàn)代煤化工發(fā)揮了煤炭的原料屬性，二氧化碳排放大幅降低。

另一方面，現(xiàn)代煤化工技術(shù)與可再生能源有效耦合，不僅可以充分發(fā)揮現(xiàn)代煤化工行業(yè)氫氣利用規(guī)?；攸c(diǎn)和技術(shù)積累優(yōu)勢，還以氫為紐帶，通過非化石能源制綠氫，進(jìn)而與現(xiàn)代煤化工及二氧化碳耦合等創(chuàng)新技術(shù)結(jié)合，大幅降低現(xiàn)代煤化工的碳排放，達(dá)到低碳發(fā)展目標(biāo)的同時，促進(jìn)煤炭作為原料向高端化、多元化、低碳化發(fā)展。

煤化工處于大規(guī)模推廣應(yīng)用時期

中能傳媒：相關(guān)技術(shù)成果是否有成功的商業(yè)案例?目前效益如何?怎樣吸引更多的傳統(tǒng)能源企業(yè)參與進(jìn)來?

劉中民：近年來，我國在煤化工領(lǐng)域已經(jīng)形成了一批核心技術(shù)，正處于完成工業(yè)示范并大規(guī)模推廣應(yīng)用的有利時期。

煤制油方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)百萬噸級工業(yè)化應(yīng)用。全球單套最大規(guī)模、神華寧煤400萬噸/年煤制油項(xiàng)目于2016年建成投產(chǎn)，并于2017年滿負(fù)荷運(yùn)行，于2018年實(shí)現(xiàn)贏利。目前，3套百萬噸級商業(yè)示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了滿(超)負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，已形成650萬噸/年的產(chǎn)能。其中新一代間接液化成套技術(shù)全面提升了核心技術(shù)的先進(jìn)性，系統(tǒng)能效由現(xiàn)有百萬噸商業(yè)化裝置的43%~44%提高至49%。

煤制烯烴方面，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)正在快速形成。2010年，神華包頭項(xiàng)目在世界上首次實(shí)現(xiàn)煤制烯烴工業(yè)化。甲醇制烯烴技術(shù)(DMTO)目前已許可31套工業(yè)裝置，烯烴產(chǎn)能2025萬噸/年，已投產(chǎn)運(yùn)行16套裝置，烯烴產(chǎn)能超過903萬噸/年;2019年新一代甲醇制烯烴(DMTO)催化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，2020年完成第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術(shù)開發(fā)，一次性許可5套工業(yè)裝置，烯烴產(chǎn)能500萬噸/年。

煤制乙醇技術(shù)開啟大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用時代。2017年1月，全球首套10萬噸/年乙醇工業(yè)示范裝置生產(chǎn)出合格乙醇。2022年6月，50萬噸/年煤基乙醇項(xiàng)目在陜西榆林基本建成，進(jìn)入中交試車階段。目前，乙醇技術(shù)已簽訂實(shí)施許可合同9套，累計(jì)產(chǎn)能達(dá)285萬噸/年。煤基乙醇戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模。

推動能源系統(tǒng)資源優(yōu)勢合并

中能傳媒：煤制烯烴作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展面臨哪些困難，需要哪些政策支持?

劉中民：現(xiàn)代煤化工行業(yè)面臨更激烈的市場競爭。“十三五”時期國際油價(jià)持續(xù)低位運(yùn)行，帶動化工產(chǎn)品價(jià)格走低，煤化工作為資源密集、技術(shù)密集、資金密集為特征的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，行業(yè)贏利情況普遍受到影響。鑒于煤化工的戰(zhàn)略意義，適當(dāng)?shù)恼咧С质潜匾摹?/p>

首先，“十四五”時期國際油價(jià)受各方面因素影響具有較大不穩(wěn)定性，且國際上一批低成本原料轉(zhuǎn)化項(xiàng)目將陸續(xù)投產(chǎn)，同時國內(nèi)一批現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行，煤化工產(chǎn)品市場競爭會更加激烈，部分落后產(chǎn)能將被快速淘汰。其次，資源環(huán)境安全約束加強(qiáng)，配套條件落實(shí)難度大?，F(xiàn)代煤化工項(xiàng)目大多位于西部地區(qū)煤炭資源地，受資源環(huán)境安全約束加強(qiáng)的影響，部分項(xiàng)目的用地指標(biāo)、用水指標(biāo)、用能指標(biāo)以及環(huán)境容量指標(biāo)等不能如期落實(shí)，或者有償獲取的代價(jià)高，項(xiàng)目落地難度加大，影響了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性預(yù)期和業(yè)主投資積極性。

從能源安全保底方面考慮，煤化工要與石油化工聯(lián)動，彌補(bǔ)石油化工因石腦油原料不足造成的烯烴和芳烴短缺，促進(jìn)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。煤炭也要發(fā)揮適合做含氧化合物的優(yōu)勢，與石油化工形成互補(bǔ)。也可進(jìn)一步與鹽化工、無機(jī)化工產(chǎn)業(yè)形成聯(lián)動，如取代乙炔生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯等產(chǎn)品。

建議一方面從政策層面規(guī)范煤化工的發(fā)展，加快標(biāo)準(zhǔn)制定速度，調(diào)整煤化工標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，探索化石能源與新能源、清潔能源等多種能源互補(bǔ)融合與協(xié)調(diào)發(fā)展的新模式，以能源的基礎(chǔ)作用帶動工業(yè)結(jié)構(gòu)的全面升級。另一方面發(fā)揮國家體制優(yōu)勢，超越領(lǐng)域及行業(yè)限制，將現(xiàn)代煤化工放在能源系統(tǒng)的大格局下統(tǒng)籌考慮，打破各能源種類和行業(yè)相互獨(dú)立分割的局面，推動各能源系統(tǒng)間資源優(yōu)勢合并，解決現(xiàn)代煤化工低碳清潔發(fā)展問題的同時，促進(jìn)形成清潔低碳、安全高效的能源體系。