現代煤化工產業發展路徑探索

劉丙敏 李旬強 宋培健

山東聊城 252211

隨著“雙碳”戰略目標的提出，在國家政策的引導下，我國對煤炭資源的清潔高效利用提出了更高的要求。我國煤炭資源利用正向綠色低碳發展方向，深入貫徹并落實碳達峰、碳中和的任務，逐步推進煤化工產業的轉型升級。

1 現代煤化工產業的戰略意義

現代煤化工主要以煤為原料，通過化學工藝與設備將煤轉化為氣體、液體、固體等煤化產品和清潔燃料，主要煤轉化工藝與煤化產品如圖1 所示。

圖1 現代煤化工煤轉化工藝及產品路線

我國地域廣闊煤炭資源豐富，但石油、天然氣儲量占比較低，加上經濟發展對能源需求不斷增長，長期以來煤炭資源在能源結構中占據著主導地位，也是碳排放的主要來源。數據顯示，2021 年我國煤炭產量為41.3 億t，同比增長5.7%，同時煤炭資源的消耗同比上升4.6%，在能源結構中煤炭資源消耗接近60%[1]。目前我國是世界上最大的發展中國家，能源消耗也占據了世界第一的位置，大力推進現代煤化工產業的發展對于節能降耗意義重大。

其次，“雙碳”目標的提出對我國煤化工產業發展提出了更高的要求。按照“十四五”規劃要求，我國經濟建設將“以降碳為重點戰略方向，減污降碳協同增效”，以煤炭資源為主的能源結構無法滿足碳減排的戰略要求。因此，推進現代煤化工產業發展，加速能源結構轉型已經刻不容緩[2]。

2 現代煤化工產業的發展困境

2.1 關鍵技術創新能力不足

我國現代煤化工已歷經十幾年的發展，煤液化、煤氣化領域已經形成較為完備的體系。但隨著資源需求量的增長，以及碳減排要求的提高，煤化工產業在煤炭資源利用與能源轉化效率上還有很大提升空間[3]。根據我國煤化工產業發展態勢，預計2025 年我國碳排放總量將達到2.5 億t，到2030 年將達到82.4 億t。

目前我國煤化工產業中存在煤化工產品產能過剩、同質化嚴重的問題，同行間的競爭激烈。以煤制烯烴項目為例，近幾年各地都在投資興建，比如山西焦煤集團興建年產60 萬t 烯烴及焦爐煤氣制甲醇一體化項目、新疆山能化工投資198 億建設年產80 萬t 煤制烯烴項目。建設過于集中會迅速拉高烯烴產業的產能，國內供應格局將被改變，有導致產能過剩的風險。另外，現代煤化工產業下游產品研發力度不足，缺乏核心技術的支撐。雖然下游產品種類較多，但大都屬于低端產品。缺乏高端產品、精細化產品的支撐，導致我國煤化工產業在國際上缺乏競爭優勢。

2.2 碳減排需求的提高

當前國家對于生態環境保護的要求不斷在提高，“雙碳”戰略的提出使得現代煤化工產業發展受到限制，高能耗、高排放項目逐步被市場淘汰[4]。2019 年我國煤化工產業消耗1.09 億t 煤和3.71 億t 淡水資源，分別占全國煤炭資源和淡水資源消耗量的2.7%和0.6%；煤化工生產產生的CO2達到了1.32 億t，占全國CO2排放總量的1.4%，碳減排形式相當嚴峻。

（1）節能降碳：雖然現代煤化工相對于傳統煤化工在能源消耗、碳排放方面都有了很大進步，但從整體看煤化工產業依然是高消耗、高碳排產業，距離“雙碳”戰略目標的要求差距還很大。

（2）環境壓力：目前我國許多大型煤化工企業主要集中在新疆、內蒙、寧夏、陜西、山西等地，這些地區煤炭資源豐富比較適合發展現代煤化工產業，但同時這些地區又是我國重要的生態保護區域，兩者在戰略布局上高度重合，因此對于煤化工產業的環保要求也更高。

3 現代煤化工產業的高質量發展路徑

富煤貧油少氣奠定了我國以煤炭資源為主的能源結構體系，目前還沒有新能源可以替代煤炭資源占據主導地位，在未來很長的一段時間內煤炭資源依然是我國能源結構的主體。通過技術創新實現煤炭資源的清潔高效利用，是未來煤化工產業高質量發展的重要途徑[5]。

3.1 加快產業結構調整

經過十幾年的發展，我國煤氣化技術已經初具規模，資源利用水平不斷提高。以甲醇生產原料為例，一直以來煤制甲醇的原料主要包括三類煤炭、天然氣和焦爐氣。近些年我國煤氣化技術逐步成熟，煤制甲醇工藝生產線越來越多，生產裝置逐步改進，工藝日趨完善，能源消耗與污染物排放都呈現快速下降趨勢，目前我國煤制甲醇生產水平已經位居世界前列。雖然獲得了飛速發展，但規模化、大型化、集約化不足，產業結構還需要進一步調整，

3.2 加強關鍵核心技術攻關

習近平總書記在考察榆林化工集團時提出“要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進煤化工產業高端化、多元化、低碳化發展”。按照這一要求，我國煤化工產業應立足國家能源發展戰略，同時還要考慮民生需求，通過科學創新在煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等關鍵核心技術上進行攻關。

2021 年我國某軍事研究單位在煤基油品領域實現技術突破，地面裝備煤基通用柴油正式進入軍事領域，擺脫地面裝備油料依賴原油進口的現狀。并且油質清潔環保，通用性、適應性優良，能夠滿足地面裝備在- 60～55℃環境中全地域通用要求，保障了我國軍用能源的戰略安全。

我國在煤基生物可降解材料等技術及產業方面也有了很大突破。自國家生態環境部印發《關于進一步加強塑料污染治理的意見》之后，我國塑料行業乃至煤制烯烴產業都受到了嚴重的沖擊，生物可降解材料成為破局的關鍵[6]。聚乙醇酸（PGA）是一種完全可生物降解塑料，現代煤化工技術能夠很好地適應PGA 的生產需求，成為通用的塑料的替代品。2021 年3 月，國家能源集團松林能源化工5萬t/ a PGA 項目開始投建，成為全球首套PGA 裝置；同年7 月，中國石化貴州50 萬t/ a PGA 生產項目一期工程進入建設階段，噸產品投資與煤制烯烴相當，但原料煤的消耗降低了一半，碳排放僅為煤制烯烴的1/ 3，經濟效益、生態效益顯著。

3.3 推動產業深度清潔化發展

現代煤化工產業的健康發展必須遵循環境友好型路線，以綠色低碳為發展方向，在煤化工生產中全流程節能降耗、減少碳排放[7]。

（1）解決現代煤化工產業中高鹽廢水問題。高鹽廢水主要來自于煤化工生產過程中的原料和添加的各種化學藥劑，目前常用的技術是超濾+ 反滲透雙膜回用技術，再通過蒸發結晶對末端高鹽廢水進行處理獲得固態混合鹽，基本實現工業廢水零排放，但是對于混合鹽的處理仍然是煤化工產業的一個難題。德蘭梅勒公司在高鹽廢水分離方面一直處于領先地位，在分離硫酸鈉- 氯化鈉混鹽中采用了納濾膜與冷卻結晶的方法，取得了良好的效果。工藝流程為：將混合鹽溶液使用納濾膜進行分離，將獲得的硫酸鈉鹽液置于MVR 蒸發器中于80℃下高溫蒸發，可獲得高純度的無水硫酸鈉；將經過納濾膜過濾后的母液進行冷卻結晶，再置于MVR 蒸發器于50～55℃下低溫蒸發，可以獲得高純度氯化鈉。該技術尚處于示范階段，還有待進一步完善才能大規模推廣。

（2）有效降低現代煤化工生產的碳排放。現代煤化工產業中的碳排放主要來自于生產過程中的能源消耗和工藝排放兩個方面。首先是降低煤化工生產過程中的能源消耗，提高煤炭資源的有效利用率及資源的轉化率，從而加快綠色能源的推廣與利用；其次，做好CO2的回收與利用，目前常用的CO2回收技術是碳捕捉與存儲（CCS）[8]。回收后的CO2可以用來發電、制作干冰等，超臨界發電技術就是一種以CO2為工質和載體替代超臨界水發電系統，該技術更加穩定、節能。另外，干冰的用途也非常廣泛，被應用于清潔、制冷、降雨等領域。

4 結語

我國現代煤化工正處于快速上升期，雖然取得了一定的成績，但依然存在高耗能、高碳排的問題，技術進步空間大。在“雙碳”戰略目標下，我國現代煤化工產業必須走一條綠色低碳高質量的發展之路，充分考慮國家能源戰略與民生經濟的需求，明確發展方向與定位，通過科學創新在技術上尋求突破。因此，我國現代煤化工產業應重點做好產業結構調整、加強關鍵核心技術的攻關、推動現代煤化工產業深度清潔化發展。