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教授級高工，曾任中國石化集團蘭州設計院副總工程師、中國石化集團寧波工程有限公司副總工程師、中科合成油工程有限公司技術顧問 1我國現代煤化工的發展處于十字路口如何我國現代煤化工，是目前大家討論比較多得問題，現在的形勢有幾個特征： 逢煤必化，投資幾千億的煤化工項目在沒有批準的情況下同時開展。未來部分產品的產量將會嚴重過剩。自2013年開始至今年初,據統計,包括中石化等諸多能源大佬的煤化工項目總投資約達5000億元,共計22個煤化工項目,獲得國家發改委準許開展前期工作的“路條”。而各地上報發改委欲獲得“路條“的煤化工項目達104個,總投資額估計在2萬億元左右。 一部分現代煤化工項目運行不佳，只有極少數項目能夠達到設計產能。有的虧損嚴重。 不少煤化工項目污染嚴重，媒體曝光后人民群眾對此不滿。 眾多能源集團紛紛自愿撤離,包括以大唐為代表的電力集團,還有以中海油為代表的石油石化集團等,更讓人關注的是,還有很多項目因缺水而被迫停工。 最近國家發改委發布的“西部地區鼓勵類產業目錄”中沒有煤化工項目，這給煤化工的發展潑了一盆冷水。因此，我國現代煤化工的發展處于十字路口。
2我國現代煤化工的發展曾經輝煌(1)總體發展曾經輝煌 經過幾十年的艱苦努力，在'十一五’和'十二五’期間，我國化學工業從以焦炭、合成氨等傳統煤化工向以煤為原料的現代煤化工轉變，取得了巨大的成績。 這些成績主要表現在多種煤氣化、低溫甲醇洗凈化、費托合成單元(F-T)、甲醇制低碳烯烴 (MTO) 、煤直接加氫等單元技術方面等關鍵技術方面實現了重大突破，取得了一批具有重大意義自主知識產權的成果；設備制造實現四化(國產化、大型化、現場化、成套化)等關鍵技術方面實現了重大突破；從而導致了煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制甲醇、煤制乙二醇等五大成套工藝裝置大批建立，部分成套工藝技術已經成熟、示范廠達到設計能力；甲醇制汽油、煤制低碳醇、煤制芳烴、甲醇經醋酸制乙醇等工業化示范試驗有良好進展，現代煤化工的技術水平總體上處于國際領先地位。 (2)什么叫技術成熟？ 投資者需要了解：判斷技術成熟的標志是什么？ 化學工業的技術必須做到“安全、穩定、長周期、滿負荷”地運行。 安全：包括生產安全、環境安全。 穩定：生產自動化控制，沒有大的起伏，不能開開停停。 長周期：每年8000小時運行，可以有備用設備。 滿負荷：小時產能為設計值的100%左右，并達到年度的設計能力。 是否優化？不一定。我們要對現在的工藝不斷進行技術改造、不斷進行技術進步，在能效、產品成本、投資、環境治理方面不斷提高。因此，優化是無止境的，在沒有做到“安全、穩定、長周期、滿負荷”地運行之前，一開始就要求優化是不合理的。 (3)現代煤化工的分項成就，成套工藝技術方面： (a)煤制油 煤制油分直接液化和間接液化工藝，直接液化是煤加氫變成液化油，然后分離出柴油、石腦油和液化氣。間接液化是煤經過氣化成合成氣，在經過費托合成過程得到油品，然后分離出柴油、石腦油和液化氣。他們的區別在于產品的性能有一定的區別。 已經有3個間接液化煤制油裝置投產，其中伊泰年產16萬噸煤制油裝置是截止2013年底唯一的達到設計能力的現代煤化工裝置，2013年產量為18.16萬噸油品，并且有盈利。這個廠已經達到“安全、穩定、長周期、滿負荷”地運行，工藝過程'五臟俱全’，標志著我國間接液化煤制油技術已經成熟。 正在建設的的有9套間接液化的煤制油裝置，總共產能為1450萬噸/年，見表1，其中兗礦在榆林的裝置即將開車。在建裝置中大部分已經得到發改委的路條，但是尚未批準。 表1 在建間接液化裝置 目前已經投產的神華煤直接液化項目，設計能力見表2。其中，煤制氫裝置采用殼牌粉煤加壓氣化+廢熱鍋爐技術,由2條投煤量為2000t/d、生產能力為 31.3t/ｄ的純氫生產線組成。 表2 直接液化項目設計能力 這套裝置從研發到投入生產，國內有關單位做出了巨大的努力，2009年整個項目累計運行時間僅61天生產油品6.5萬噸，目前生產能力達到設計值的82％左右，見表2，基本上是成功的。 (b)煤制烯烴 已經有9個煤制烯烴裝置投產，見表3，其中神華包頭年產60萬噸煤制油裝置今年將達到設計能力裝置，并且從2013年開始就有盈利。目前有幾十套裝置正在建設，各地建設的熱情很高。 表3 已經投產的MTO-MTP項目 (c)煤制天然氣 已經有4個煤制天然氣裝置投產或即將投產，非常遺憾的是內蒙克什克旗的裝置今年開車的時候出了一點事故，影響不好。由于用魯奇爐氣化，污水處理比較困難，因此，國內對煤制天然氣裝置的建設產生懷疑，信心受到影響。 十二五期間計劃開工的煤制天然氣項目，包括已經批準建設和發改委給出路條的項目共14個，見表4。 表4 十二五期間開工的煤制天然氣項目 14個項目的總投資約為5500億元(不包括管道在內)，耗水約為4.7億噸，耗煤約為2.7億噸。 也許還會有其它項目開工，但這14個項目全部完成投產并能達到年產能，估計最早在2020年。屆時，全國天然氣總量約為3500-4000Nm3/a。煤制天然氣只能是礦物天然氣的補充，代價很大。 (d)煤制乙二醇 中科院福建物結所近30年的不懈努力，采用草酸酯氧化偶聯法制取乙二醇，開發了偶聯和加氫催化劑，并先后進行了300t級和1萬噸級的合成工藝試驗。 一個年產20萬噸(8*2.5萬噸)煤制乙二醇示范項目由福建物構所、上海金煤化工新技術有限公司等多方合作建設，該裝置總投資22億元，于2009年底建成投產，裝置至今沒有達標。 與此同時，國內乙二醇的科研比較活躍，有多套實驗裝置正在建設和開始運行，見表5。新疆天業5萬噸級示范項目，去年達到近90%的開工率。 目前沒有一個裝置已經達到設計能力，尚不具備大規模推廣的條件。但是目前在建的裝置很多，總能力至少達到500萬噸，2015年有大批裝置投產。 表5 國內乙二醇的科研狀況 (e)煤制芳烴 甲醇制芳烴起源于上世紀八十年代新西蘭成功工業化的甲醇制汽油(MTG)工藝，經過催化劑的調整和反應床層形式的改變，達到產物中芳烴含量最大化和能夠持續運行的目的。 目前國內有兩個成果，一個是固定床轉化技術，另一個是流化床技術，它們的反應產物中都可以得到75％左右的芳烴、25％的液化氣和干氣。基本上都是3t甲醇制取1t烴產物。 用不同的催化劑和不同的反應條件，試驗得到的產物芳烴是一組復制的混合物。針對具體的催化劑，反應的產物不同，后續的分離工藝也不同。為了建立一個合理的煤制芳烴工業裝置，這就需要加重工業試驗的分量，需要消耗一定的時間。 煤制芳烴是現代煤化工中期望的第五種工藝，如果能夠成功，將對化學工業產生較大的影響。目前正在工業化試驗中，是處于大規模工業化成功的前夜。 (4)單元技術方面的成就 (a)煤氣化 國內煤氣化技術的開發已經進入實際應用階段，多噴嘴水煤漿、航天爐是典型的代表，多噴嘴水煤漿已經有36臺投入運行，規模最大的有3000噸/d，合同已經有103臺，是國內煤氣化開發成功的代表。 (b)低溫甲醇洗 國內大連理工大學提供工藝，由原化工部各設計院設計，已經建成幾十套低溫甲醇洗裝置，上海國際化建公司開發了半貧液流程，均已經工業化成功并正常運轉。 (c)費托合成單元(F-T) 國內開發的費托合成也有30多年的歷史，山西煤化所采用鐵基催化劑，已經建成3個年產16萬噸的裝置，伊泰合成油廠2013年產量為18.16萬噸，達到設計能力。兗礦研究所采用鈷基催化劑，即將在陜西榆林投產1個年產100萬噸的裝置。 (d)甲醇制低碳烯烴 (MTO) 中科院大連化物所研究甲醇制烯烴也有30多年的歷史，采用SAPO-34催化劑，神華集團在包頭建成1個年產60萬噸烯烴裝置，采用洛陽工程公司的設計，2010年投產，該廠2013年產量為54.5萬噸，預計2014年達到設計產能。 (5)設備制造四化 (a)國產化 起始于上世紀80年代的化工裝備國產化，經過20多年的努力已經實現，目前，現代煤化工的主要非標設備，幾乎完全國內自己制造，國外引進技術的關鍵設備，也已經基本上實現國產化。 (b)大型化 單臺設備重量在千噸以上，已經能夠制造并且運行良好，例如神華直接液化的煤直接加氫反應器，單重2250噸，已經運行6年。目前設計的費托合成50萬噸/a反應器，重量約為2000-3000噸左右，即將運行。 (c)現場化 單臺超大型設備在現場加工制造，已經成為現代煤化工設備制造的主要手段，不用為公路、橋梁的承載能力而發愁。 (d)成套化 從煤到產品的全套裝置，包括大型空分等單元裝置，也已經能夠成套地在國內建造。 這就是我們幾代煤化工人所取得的成就。 3煤化工的發展遇到什么問題(1)環境問題-污水處理和CO2排放 理論上，工廠的設計中已經把三廢處理得天衣無縫，實際上并不完善。其中最主要的是廢氣的排放和處理不盡的污水排放，是造成影響環境的主要罪魁禍首。 以煤制天然氣為例，廢氣的處理量很大，例如，一個年產40億m3/的煤制天然氣項目，排放廢氣的量很大，見表6。 表6 年產40億m3/a 的煤制天然氣項目排放量 用另外一個數據來描述，即在該裝置中消耗掉的(原料+燃料+電)中，每年排放到空氣中的的CO2 (100%)量約達到600億Nm3左右。目前除了發展森林外，沒有更好的實用辦法消除它們。 污水的處理難度比較大，目前的工藝中采用魯奇爐，煤中的輕質組分在氣化過程中轉化為焦油、酚、氨、烷烴類、芳香烴類、雜環類、氨氮和氰、砒啶、烷基吡啶等物質與煤氣同時產生。在隨后的煤氣洗滌、冷卻、凈化過程中，上述物質中的絕大部分進入煤氣水中。經過酚氨回收后的煤氣冷凝水需采用物化+多級生化處理的工藝進行處理。考慮到循環系統日積月累，其雜質或鹽份將逐漸增高，因此仍需要排出一部分污水送多效蒸發濃縮處理。但實際上，鑒于經多效蒸發濃縮處理后的濃液采用焚燒方式處理，將消耗大量能源，從節能減排角度考慮，將其送蒸發塘，見圖3。
工業廢棄物約有600噸/a，見表7，都要填埋處理。 表7 魯奇爐煤制氣工業廢棄物 顯然，煤制天然氣的污染是客觀存在的，其中廢氣和污水問題是最嚴重的。 (2)優先發展問題-能源和化工誰優先？ 在煤化工優先發展什么產品問題上，國內學者有不同主張，主要是：一部分人主張發展化工產品，例如甲醇、烯烴、芳烴，二甲醚，DMM3-8等，另一部分人主張發展能源產品，例如煤制油、煤制氣等。這個問題的爭論已經影響到國家的決策。14億人口的大國，究竟最需要什么，最難解決什么？這個問題真是難以搞清嗎？ 實際執行的結果是，化工得到了優先，2013年基本化工產品過剩，而能源大量缺口，見表8、表9。 表8 2013年基本化工產品過剩 表9 2013年我國天然氣和原油產量和進口量
(3)布局問題-逢煤必化 部分地方政府為發展地方經濟，積極推動煤炭就地轉化利用，在對煤炭資源、市場和環境考慮不充分的情況下，積極規劃和強制要求必須在開發煤炭的同時，配套建設大型煤化工項目，這就是逢煤必化現象。 逢煤必化是當前煤化工的過熱發展的根源，是一種不健康的發展模式，如果任其發展，就會引起行業產能過剩。 (4)示范廠的推廣工作無序 煤化工在一種沒有長遠目標規劃的情況下，無序推廣。表現在： 有一些技術在成功后很難推廣，阻力很大，如煤制油； 有一些技術在基本成功后飛速推廣而沒有總量控制，如煤制烯烴； 有一些技術在示范沒有成功的情況下，提前推廣，如乙二醇； 有一些技術在沒有示范的情況下，高速推廣，如煤制氣； 有一些技術有國際成功先例的情況下，在國內被不正常的商業活動排斥而無法推廣，如甲醇制汽油。 顯然，這是一種急功近利的行為。 (5)規模問題-史無前例的單廠大規模裝置 有關方面制定現代煤化工的規模必須達到：煤制油100萬噸/a，煤制烯烴60萬噸/a，煤制天然氣40億標米/a。這樣的決定是史無前例的單廠大規模裝置，是順從化學工業發展規律的？ 建設多大規模的裝置最合適？以煤制油為例： 煤制油裝置規模多大才合適問題，曾經引起業界的爭論。現在16萬t/a的示范廠，相當于43萬t/a的合成氨廠，規模已經不小了。但是在煉油行業專家建議、煤代油思維和視南非Sadol合成油廠為榜樣的影響下，有關部門曾經決策規定新建煤制油裝置的規模要在300萬t/a以上，后又改為100萬t/a以上，這種做法對煤制油的發展起了不利的影響。 煤制油是化工廠不是煉油廠，它不能像煉油工業一樣一步到位建設年產幾千萬噸的大廠。煤制油幾百萬噸級的廠，對煉油來說是小廠，對化工來說是超級大廠，一個540萬t/a煤制油的超級大廠，相當于1450萬t/a的合成氨廠，煤氣化的規模浩大，污染治理很困難，在建設中困難極大，運行系統也很復雜，沒有一二十年難以達到設計能力。 煤制乙二醇廠20萬噸就可以建設，它相當于9萬噸的煤制油廠，為什么這樣小的裝置就可以建了？如果我們在條件(原料、水資源、交通、環境容量等)合適的地方，建設16-50萬t/a的裝置，規模不算小、經濟上合算、解決地方用油問題，卻不可以，這顯然不合理。 (6)水資源不能滿足要求 我國的煤炭資源與水資源呈逆向分布，煤炭資源豐富的地區，往往是資源匱乏。 我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區只占9.7%；而我國水資源分布也以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。其中，晉陜蒙寧四個地區的煤炭資源占有量為已查明的資源儲量的67%，甘青新川渝黔占20%，其他地區僅占13%，晉陜蒙寧四個地區的水資源僅占全國水資源的3.85%。 規劃中的黃河中下游煤化工基地就位于陜蒙寧交界處，這里顯然屬于嚴重缺水地區，在這里發展煤化工必然會擠占農業、生態用水、惡化生態環境，危及環境安全。 曾經一個幾百萬噸的煤制油項目欲落戶榆林市的一個縣,但因為用水指標達不到這么大規模,最終縣政府將所有煤化工用水指標全給了該項目,才最終成行。 現代煤化工遇到的問題十分嚴重，這給我們敲響了警鐘，要科學發展，要可持續發展！ 4我國現代煤化工可以適度輝煌(1)高度關注環境影響 目前，煤化工對環境影響問題被大家關注，就煤氣化而言，有的技術污染大，如固定床，有的技術污染小，如氣流床特別是水煤漿，要優先采用對環境影響小的技術。解決污水問題，應該采用盡量少產生污水或不產生污水的技術，其次才是采用怎樣處理污水的技術。 (2)突破技術瓶頸-科技創新 ①加大科學研究投入 《2012年全國科技經費投入統計公報》顯示，2012年，我國研究與試驗發展經費投入首次突破萬億元大關。中國科研費用規模排在世界第三，見表10，與美國和日本比尚有不足，提高科研的投入是絕對必須和正確的。 表10 全國科技經費投入統計
②科研要開啟開創性的課題 我們的科研要擺脫傳統的思維，盡量不要重復別人的課題，開創出一條新的道路來。這里，筆者提出3個課題來拋磚引玉。 (a)褐煤制漿 我國的褐煤資源比較豐富，約占全國煤炭儲量的13%，其中含水約占30—40%，揮發成分大于40%。利用褐煤作為煤化工的原料，始終是一個比較麻煩的問題。目前推薦的辦法是采用魯奇爐，這在煤制天然氣的項目中被認定采用，原因是魯奇爐出口的氣體中甲烷的含量達到8—10%。可以減少甲烷合成的負荷。但是，這個技術同時帶來了許多麻煩，主要是煤氣化爐出口氣體中有機副產品如酚、焦油等的處理比較困難，在后續工藝中造成污水數量大和難以處理。 我們需要轉變一個觀念，就是不要追求煤氣化出口的高甲烷含量。在后續工藝中，甲烷合成負荷大一些是成熟的工藝，能夠回收熱量，損失有限，而污水處理的難度遠大于甲烷合成的難度，投資也是污水處理遠大于甲烷合成。因此，如果我們能夠將褐煤制成水煤漿，用水煤漿氣化的辦法來生成合成氣，不僅技術成熟，而且污染可以明顯降低，不出現有機副產品如酚、焦油等，使煤制氣的工藝簡單化，不僅可以降低投資，只是稍微提高甲烷的成本，但比進口的天然氣便宜多了。因此，褐煤制漿是一個重大課題。 目前褐煤制漿的問題在于成漿濃度低，大約在50%左右，不同的褐煤情況也不一樣，國內正在進行的研究有深度研磨、改善添加劑、添加油品等辦法，這方面的研究是有發展前途的。 (b)魯奇爐的改進 筆者主張改進魯奇爐。BGL是改進魯奇爐的一個辦法，但是效果并不很理想，污水是減少了，但是沒有消滅，整體技術還沒有成熟。 如果在魯奇爐后面加一個二段爐，進一步部分氧化，將焦油、酚、甲烷燒掉，變成合成氣、在后續工藝中再合成甲烷，污染嚴重的問題也就解決了。總的投資可以明顯下降，能耗不會增加很多。氣化技術采用兩段的情況不是獨創，天然氣轉化就是這樣。國內有這個專利，為什么不可以建研究裝置？ (c)半焦制漿 分質利用是煤化工科學家百年來的夢想，將煤中的氣、水、焦油和半焦分離出來，分別利用。從技術上來說，分質利用有三大難題，半焦氣化是其中之一。 有人認為在實驗室中將半焦磨成漿，將水焦漿投入氣化爐就大功告成。其實，難點就在后一步。你能做到這個氣化爐“安全、穩定、長周期、滿負荷”嗎？這個問題也許不這么簡單、需要數據、需要研究。這是一個很好的課題。 ③保護知識產權是極其重要的問題 部分企業不理解知識產權，想不出錢得到技術；侵犯知識產權是打擊科研，也是打擊國家的發展；不交流，重復的低級科研，是嚴重的浪費；企業需要的是發展，不是專利； 總之，現在不是什么項目能投資、什么項目不能投資的問題，而是要在技術創新方面作出新的布局，推行以'潔凈煤氣化’為先導的現代煤化工，在環境優先的前提下，開創新的發展之路，煤化工熱潮或將在幾年之內適度輝煌。 希望企業家們積極投資、鼓勵科學家承擔高難新課題，從而鼓舞我國廣大科研人員的創造性；也希望煤化工科學家們要投身到技術創新中去，做別人沒有做的課題，開創新的天地！ |
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