全球新型煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展

長期以來，煤炭一直被用作化工生產(chǎn)的原料。Ludwig Mond博士19世紀(jì)申請專利的煤炭氣化過程產(chǎn)生爐煤氣、煤焦油和氨。自19世紀(jì)以來，煤焦油就是有機(jī)化工產(chǎn)品的一個主要來源?？梢哉f，煤炭在化工行業(yè)中的歷史實際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石油和天然氣。然而，隨著豐富的低成本石油和天然氣可以相對容易地被轉(zhuǎn)換為化工產(chǎn)品，大多數(shù)化工生產(chǎn)放棄以煤炭作為原料。

現(xiàn)在，全球能源和化工產(chǎn)品的需求激增，石油和天然氣價格上漲，而隨著能夠大規(guī)模低成本的煤化工新技術(shù)的出現(xiàn)，使得由煤炭制造化工制品變得越來越有競爭力。同時，全球豐富的煤炭儲量，加上煤炭儲量豐富的國家提出減少對進(jìn)口石油依賴的戰(zhàn)略，使得煤炭再次被視為化工生產(chǎn)的原料，從而驅(qū)動了新型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。比如在中國、美國和印度，將煤炭作為化工原料的潛力是最大的。不僅因為這些國家擁有全世界大約一半的煤炭儲備總和，還因為他們正面臨日益減少的石油和天然氣的國內(nèi)供應(yīng)，需要尋求降低對國外資源的依賴。其結(jié)果是，他們正在探索新型化工產(chǎn)業(yè)，例如使用煤氣化來制造甲醇，并使之轉(zhuǎn)換成乙烯和丙烯，這二者是今天化工行業(yè)的主要原料。

關(guān)于如何最佳利用煤炭資源，將是一個持久的辯論。顯然，熱能和電力將會最引人注目，但越來越多地將煤轉(zhuǎn)換為化工制品的新型煤化工也將是一個相當(dāng)有吸引力的選擇。

本文通過介紹新型煤化工產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈、發(fā)展挑戰(zhàn)、運作現(xiàn)狀及未來發(fā)展，讓讀者全面了解全球新型煤化工產(chǎn)業(yè)。

新型煤化工產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈

煤化工產(chǎn)業(yè)可以被分為傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)和新型煤化工產(chǎn)業(yè)。前者主要包括合成氨、焦炭、電石和其他子產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)；而新型煤化工產(chǎn)業(yè)通過煤氣化或直接液化，不僅可以發(fā)電，還能生產(chǎn)合成氨、天然氣以及石油替代品，包括乙二醇、燃油和烯烴等，這與產(chǎn)能過剩的傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)有本質(zhì)的區(qū)別。它涉及能量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，因此在能源戰(zhàn)略中具有重大意義。同時，新型煤化工產(chǎn)業(yè)的興起會讓能源和建筑工程公司受益，尤其是建筑工程公司，它們在最初幾年的受益會更加明顯。

在“煤制x”的過程中，煤制化工品可能是最穩(wěn)定的。首先，這一過程有利可圖。許多化工制品是高價值的產(chǎn)品，而煤炭氣化可以使用價格相對低廉的煤來生產(chǎn)它們。當(dāng)石油價格高于60美元/桶時，從項目經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來看，新型煤化工完全可行。雖然目前國際石油價格連續(xù)下跌，WTI原油價格已經(jīng)由2013年9月初的大約110美元/桶跌到了2013年11月中旬的大約94美元/桶，但這仍然大大高于60美元/桶，也就為發(fā)展有成本競爭力的新型煤化工產(chǎn)業(yè)，并實現(xiàn)石油資源的補充和部分替代提供了良好的機(jī)遇。其次，煤制化工品可靠。目前煤制化工品技術(shù)正經(jīng)歷著巨大的市場增長，充分顯示了對這一技術(shù)的信心。比如在中國，經(jīng)濟(jì)的快速增長已經(jīng)引發(fā)了一批煤化工設(shè)施的建設(shè)。根據(jù)美國國家能源技術(shù)實驗室的統(tǒng)計，到2012年9月，中國有34個這樣的設(shè)施在運作中。

煤炭通過氣化生產(chǎn)的化工制品已經(jīng)開拓出了其在化工制品中的市場份額，比如全球有9%的甲醇是通過煤炭氣化生產(chǎn)的。目前全球甲醇制化學(xué)品技術(shù)的主要供應(yīng)商是UOP和Lurgi，它們分別是Honeywell和Air Liquide（法國）公司的化學(xué)工程部門。雖然相似，但UOP和Lurgi在工藝過程中使用的催化劑不同，導(dǎo)致產(chǎn)生不同的產(chǎn)品。UOP的技術(shù)被稱為甲醇制烯烴（methanol-to-olefins，MTO）。該工藝制造乙烯和丙烯，還有一些較重的烯烴。出于這一原因，UOP將其技術(shù)與道達(dá)爾石化開發(fā)的裂化技術(shù)配對，將丁烯和己烯轉(zhuǎn)化為乙烯和丙烯。Lurgi的技術(shù)被稱為甲醇制丙烯，該工藝產(chǎn)生丙烯，但沒有乙烯，副產(chǎn)品包括汽油和丙烷。Lurgl的氣體生產(chǎn)高級產(chǎn)品經(jīng)理Claus Grell認(rèn)為丙烯生產(chǎn)是個優(yōu)勢，因為相對于乙烯，當(dāng)今市場丙烯的價值在增加。

在其他方面，煤制天然氣可能會是液化石油氣和常規(guī)天然氣的一個重要替代品，因為它具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，并且在煤化工產(chǎn)業(yè)中耗水量相對較小。而煤制燃油的一些試點項目已經(jīng)能夠大規(guī)模運行。但需要注意的是，煤制燃油的轉(zhuǎn)換更有可能只是一個技術(shù)上的戰(zhàn)略舉措，投資者不應(yīng)對在短期內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)抱有很高的期望。

發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)

在某種程度上說，發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)是一個有風(fēng)險的經(jīng)濟(jì)提議。對由煤制造的衍生產(chǎn)品必須非常有選擇性，同時選址時要考慮物流?？紤]煤制化工制品設(shè)施的公司必須權(quán)衡是讓工廠靠近煤源（這往往是內(nèi)陸，遠(yuǎn)離人口中心），還是讓工廠更接近于最終產(chǎn)品的消費地或分銷地。比如在中東建造的以氣體為原料的石化廠就比以煤炭為基礎(chǔ)的工廠更有競爭力。

同時，公司面對的挑戰(zhàn)不僅是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的，對于環(huán)境的考慮也是發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)的一個主要障礙，這在已經(jīng)簽署了《京都議定書》或者是將二氧化碳作為一種溫室氣體進(jìn)行管制的國家尤為突出。此外，煤炭中含有硫、汞、砷和其他污染物。破壞的環(huán)境，受損的礦工健康，與煤炭開采相關(guān)的意外事故等，都在很大程度上影響著公眾對以煤炭為基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)的看法。比如在美國，環(huán)境方面的考慮是發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)的一大障礙。不僅美國關(guān)注新型煤化工產(chǎn)業(yè)中的煤炭氣化對環(huán)境造成的影響，世界上的其他地區(qū)也是如此。比如中國的神華集團(tuán)就認(rèn)為，用清潔、資源高效的方式運作以煤炭為原料的設(shè)施是公司的重中之重。

提供空氣分離裝置的法國Air Liquide公司的全球化學(xué)品市場高級副總裁Tom Hansen說，與化工制品相關(guān)的氣化復(fù)合物將他們引入了二氧化碳管理計劃。工廠在氣化過程中使用純氧氣，一個附帶的好處是產(chǎn)生的副產(chǎn)品是更純凈的二氧化碳流，這對如油回收一類的市場更有價值。也就是說，化學(xué)公司不是將所有多余的二氧化碳排放到空氣中，而是將二氧化碳注入地面給油井加壓，使其更多產(chǎn)，從而尋機(jī)提高原油開采率。Eastman公司就考慮在墨西哥灣海岸項目使用這種技術(shù)。該項目從Beulah的煤炭中制造甲烷和化工制品，并且將其二氧化碳副產(chǎn)品運送到位于Saskatchewan北部邊境的油田。不過也有觀察家指出，這種二氧化碳的市場是有限的。

雖然新型煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大，但亦會充滿各種挑戰(zhàn)。首先，新型煤化工產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，而最尖端的化學(xué)制品生產(chǎn)技術(shù)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)中的那些復(fù)雜。雖然新型煤化工技術(shù)近年來發(fā)展迅速，但還沒有完全成熟。其次，新型煤化工產(chǎn)業(yè)是資源密集型產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)中需要大量的煤炭和水，是否有充足的地下水在煤化工廠容量設(shè)計和選址時至關(guān)重要。同時，新型煤化工產(chǎn)業(yè)是資本密集型產(chǎn)業(yè)，需要依賴于規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因此大多數(shù)應(yīng)用項目耗資都達(dá)數(shù)十億美元。如果國內(nèi)沒有足夠的資金，就需要吸引具有資本實力的跨國煤化工公司來進(jìn)軍這一領(lǐng)域，比如蒂森克虜伯伍德、KBR、福陸公司、GE能源集團(tuán)、西門子能源公司和Prophecy煤炭公司等。但是，如何吸引這些公司來到本國是個巨大的挑戰(zhàn)。

全球新型煤化工產(chǎn)業(yè)的實際運作

多年來，幾家中國和美國的公司已經(jīng)通過煤炭氣化來制造肥料。此外，南非的薩索爾公司（Sas01）幾十年來一直在它從煤炭中生產(chǎn)合成燃料的費一托（Fischer-Tropsch）工藝中，生產(chǎn)α-烯烴等化學(xué)品作為副產(chǎn)品。

同樣，位于美國田納西州Kingsport的Eastman公司已經(jīng)有將近25年從煤炭中制造化工制品的經(jīng)驗。該公司通過煤炭氣化生產(chǎn)甲醇，并將它轉(zhuǎn)換成乙酸、醋酸酐和醋酸纖維。正是由于在這方面的經(jīng)驗，該公司鼓勵進(jìn)一步投資煤炭。雖然近年來該公司以煤炭為基礎(chǔ)的產(chǎn)品只占其產(chǎn)品量的大約20%，但是卻占其利潤的一半左右。Eastman的公司戰(zhàn)略和市場營銷高級副總裁Mark Costa說，“氣化設(shè)施一直是我們成功的巨大推動力?！?/p>

在美國，北達(dá)科他州Beulah的Dakota氣化廠從煤炭制造合成天然氣，以及氨和其他化學(xué)品。而在印度，煤炭也備受關(guān)注。印度天然氣管理局與Coal India有限公司簽署了一份關(guān)于煤炭氣化項目諒解備忘錄，該項目將會每天消耗5000公噸煤炭，生產(chǎn)尿素化肥3500公噸。

新型煤化工產(chǎn)業(yè)的未來

今天，世界越來越關(guān)注低碳、高效率和清潔能源的發(fā)展。未來的能源發(fā)展將建立在一個新的能源生態(tài)系統(tǒng)之上，集中于更有效地利用能源（包括更高效的能源轉(zhuǎn)換和提高資源利用率），并且是可基于各種能源的有效整合，以形成—個低碳、高效、清潔的以“接近零排放”為特點的系統(tǒng)。鑒于煤炭將繼續(xù)長期發(fā)揮主導(dǎo)作用，新型煤化工產(chǎn)業(yè)涉及的清潔煤的能量轉(zhuǎn)換將是建立新的能源生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

新型煤化工產(chǎn)業(yè)的未來遠(yuǎn)景之一是大規(guī)模制造烯烴，它可以轉(zhuǎn)換環(huán)氧乙烷、聚乙烯和聚丙烯等。將甲醇轉(zhuǎn)換為烯烴的技術(shù)已經(jīng)開始商業(yè)運行，因此能夠使這一目標(biāo)成為現(xiàn)實。

由于新型煤化工產(chǎn)業(yè)中的整體煤炭氣化流程會產(chǎn)生多余的碳，這會導(dǎo)致工廠要排放過多的二氧化碳。隨著減少二氧化碳排放量的環(huán)境壓力的增加，預(yù)計新型煤化工技術(shù)在全球范圍內(nèi)建立起來之前，會有措施要求加入二氧化碳封存技術(shù)。因此，對煤化工企業(yè)而言，是否能經(jīng)濟(jì)有效地處理二氧化碳是它們能否取得成功并持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。