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現代煤化工:破立之間

2017-02-27 16:48:07 《能源評論》   作者: 解強  

2016年12月28日,神華寧煤集團400萬噸/年煤炭間接液化項目產出油品慶祝儀式在寧東能源化工基地項目區舉行。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平對項目建成投產作出重要指示。這一重大利好,為蟄伏中的現代煤化工產業注入了一針興奮劑,也讓2017年的煤炭行業,在倍受關注的去產能之外,多了一個亮點。

如何實現煤炭清潔高效利用,是我國能源革命進程中繞不過去的一個話題,發展清潔煤電與現代煤化工被公認為是兩條可行的路徑。煤電產能已然過剩的背景下,現代煤化工有望在煤炭未來發展進程中扮演更為重要的角色。在國家發改委、國家能源局發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》中,加強煤炭分級分質轉化技術創新、開發煤基產品生產新技術、加強煤化工與其他相關能源技術的耦合集成等被列為重點任務。

技術突破曙光初現

傳統煤化工產業歷史悠久,實際上,現代化工就是起源于煤化工。由于我國資源稟賦特點,煤炭是我國能源、化工原料的主要提供者,在我國國民經濟發展、能源安全中起到了毋庸置疑的重要作用。然而,技術的限制使得煤炭利用成為環境生態的主要污染源,未來,以技術進步解決困難、發展新一代煤化工成為唯一的出路。

現代煤化工致力于煤的經濟、高效、潔凈轉化和利用,產品主要包括煤(甲醇)制烯烴、煤制乙二醇、煤(甲醇)制芳烴、煤制油、煤制天然氣及低階煤熱解等。通過傳統煤化工的完善及過程強化,新技術的開發、提高與完善,系統的集成、耦合,逐步形成了仍處于發展中的現代煤化工。將煤化工與煤電項目結合,可以大幅度提高能源轉化效率。在常規動力系統中,即便采用超超臨界鍋爐,煤炭的能量轉化效率也只有39%,而如果將常規動力系統與煤化工結合,采用以煤氣化為基礎的多聯產技術,能量轉化效率預計可以達到52%。

現代煤化工項目投資額巨大,例如神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目的投資預算達到了550億元。在經濟性方面現代煤化工顯示出劣于石油化工的特征。因此,煤化工產業化發展緩慢,也在一定程度上制約了相關技術研發速度。盡管如此,煤化工近年來依然取得了一些關鍵性的技術突破。

煤氣化是現代煤化工的關鍵,同時也是現代煤化工的難點,它的產能成為制約煤化工產能的決定性因素。為了強化氣化過程,我國相關企業在多個示范項目中積極探索新型技術與新型工藝,目前已經將氣化爐的日處理能力提升到了3000噸以上,正在向4000噸級別發展,得益于技術進步,上述神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化項目只需安裝28臺氣化爐。

煤氣化過程另外一個難題在于應對復雜多樣的煤炭資源。我國開采的煤炭大都為低變質煤,而且以高堿煤居多,氣化前預處理是保證現代煤化工工藝正常進行的前提。國內某煤制氣項目之所以在投產初期遭遇意外,就是因為對煤炭組成、性質及其對氣化過程的影響認知不足,高堿煤中的鉀、鈉等堿性物質在高溫下揮發,侵蝕了反應爐內壁。大規模發展現代煤化工產業,對煤炭進行深度表征分析,采取適當的預處理手段,是不必可少的環節。可喜的是,對于這些需要解決的問題,目前有諸多科研團隊正在進行研究攻關。

經濟性方面劣勢,要求現代煤化工盡量壓縮轉化步驟。以煤制烯烴為例,先要將煤炭氣化、凈化,用合成氣生產甲醇,然后再用甲醇生產烯烴,生產流程很長,而每增加一個環節,就會有一部分效率損失。那么,能不能直接用合成氣生產烯烴呢?目前,權威雜志《自然》已經確認,我國已經在煤氣化直接制烯烴研究中獲得了重大突破,在新型復合催化劑作用下,可以直接將煤氣化產生的合成氣,高選擇性地一步反應獲得低碳烯烴,顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的費-托路線。誠然,相關技術離產業化應用尚有一段距離,但至少讓現代煤化工企業看到了解決問題的曙光。

總體上來說,我國現代煤化工技術已經處于世界領先水平,不過,全產業鏈的技術成熟度仍然有待進一步提高。由于國內外經濟發展處于低潮、能源需求不旺,也由于某些新型煤化工技術的驗證、工業示范須待時日,過程的潔凈度待提升,還受限于煤化工發展所需的水資源,我國現代煤化工目前實際上處于一個蟄伏期。經過這段技術探索與積累期,應該會迎來比較大的發展。這個大發展不一定表現在體量與產能方面,可能是技術層面的巨大突破。而一旦相關技術取得突破,經濟性、環境污染等問題都可能會迎刃而解。

環保尺度需拿捏

當前,我國石油對外依存度超過60%,能源安全是一個不得不考慮的問題。石油的用途有兩個方面,一是作為燃料使用,二是作為化工原料,世界范圍內90%的化學品來源于石油。對于富煤貧油少氣的我國來說,發展現代煤化工產業,可以從燃料與原料兩個方面,用煤炭部分地取代石油,具有重要的戰略意義。正因為如此,國家一直非常重視煤化工技術進展與產業發展,在2016年的國家重點研發計劃試點專項中,現代煤化工相關技術研究被列為煤炭清潔高效利用和新興節能技術研究的重要內容。

特殊的資源賦存條件,決定了現代煤化工產業發展的必要性。但是,在產業發展過程中一定要理性,避免決策不當對產業發展進程的干擾。

相關企業要理性。我國企業做事容易出現“一窩蜂”的跟風現象,對現代煤化工產業良性發展也構成了一定威脅,煤制烯烴產業目前就已經出現了產能過剩局面。在煤炭企業普遍虧損、急于尋找出路的當下,它們對現代煤化工項目的關注度普遍提高,在這個時候,對“大干快上”的發展方式一定要慎之又慎,企業在做出投資決策之前,對市場規模、技術研發進程與自身競爭力的理性判斷顯得尤為重要。

相關政策制定者也要理性,尤其是在環保問題上,一方面,需要摒棄前些年為了經濟增長而忽略環境保護的做法,另一方面,也不能矯枉過正,在“談煤色變”的社會環境中,監管當局需要拿捏政策的尺度。不可否認,在現有技術條件下,現代煤化工存在一定污染,尤其是污水處理上存在難度,但只要是嚴格管理,嚴格控制生產流程,污染物排放是可以控制的。在制定相關環保標準時要具有嚴肅性,讓企業在經過努力研發后能夠達標,同時將不努力的企業剔除出去。否則,標準太低,達不到督促企業技術進步的目的;標準太高,企業或者選擇退出或者向大眾汽車一樣選擇造假,都不利于整個產業的發展。

中國石油經濟技術研究院發布的《2050年世界與中國能源展望》認為,未來煤化工用煤量仍有一定增長空間,約為1.5億噸油當量。環保部也在此前對現代煤化工項目環評審批再度開閘,再加上神華寧煤項目的突破,這或許為煤化工行業帶來一絲曙光,現代煤化工產業需要抓住機會,不斷克服阻力,在困境中尋找突破,方能實現良性發?展。

(作者系中國礦業大學(北京)教授、博士生導師)




責任編輯: 曹吉生