從煤到油的轉(zhuǎn)型之路

■陶 冉

2016年，習(xí)近平總書記在神寧煤制油示范項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)考察時(shí)作出重要指示，明確了這一重大項(xiàng)目建成投產(chǎn)對(duì)我國(guó)增強(qiáng)能源自主保障能力、推動(dòng)煤炭清潔高效利用、促進(jìn)民族地區(qū)發(fā)展的重大意義。

追溯歷史，第二次工業(yè)革命后，內(nèi)燃機(jī)問世，汽車、飛機(jī)制造業(yè)興起，各工業(yè)部門相繼采用以石油為燃料的動(dòng)力裝置，石油消費(fèi)量顯著增加。上世紀(jì)60年代初，石油（氣）的產(chǎn)量與消費(fèi)量超過煤炭，世界能源進(jìn)入“石油時(shí)代”。世界石油消費(fèi)長(zhǎng)期位居一次性能源消費(fèi)之首，意味著如今世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在很大程度上依賴于石油生產(chǎn)與供應(yīng)，但世界已探明石油儲(chǔ)量?jī)H為 1434×108噸。相比之下，煤炭?jī)?chǔ)量為9842×108噸，比石油儲(chǔ)量豐富得多。我國(guó)每年原油總消費(fèi)量接近6億噸。其中，燃料使用原油2.5億噸左右，化工原料使用原油2億噸左右，其他少量原油作為特種油品使用。而我國(guó)每年自產(chǎn)原油不到2.1億噸，存在3.8億噸到3.9億噸的缺口。目前，我國(guó)的石油依存度已超過65%。將煤轉(zhuǎn)化為油，必要性可想而知。

煤制油技術(shù)起源于19世紀(jì)的德國(guó)，并在日本、法國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)家相繼發(fā)展。在我國(guó)，改革開放后，特別是上世紀(jì)90年代以來，煤制油技術(shù)受到高度重視，迅速發(fā)展，煤制油技術(shù)工業(yè)化逐漸成熟。據(jù)悉，“十三五”“十四五”期間，煤制油項(xiàng)目將繼續(xù)進(jìn)行升級(jí)示范，增強(qiáng)自主研發(fā)能力，力求全面實(shí)現(xiàn)裝備國(guó)產(chǎn)化。

從研發(fā)引進(jìn)到漸成規(guī)模

我國(guó)是世界上較早有煤合成油工廠的國(guó)家之一。1923年至1945年，我國(guó)先后兩次從德國(guó)購(gòu)置了一套煤間接液化裝置，煤制油試驗(yàn)歷時(shí)數(shù)年未果。中華人民共和國(guó)成立后，恢復(fù)擴(kuò)建了煤制油裝置，1959年規(guī)模最大時(shí)有70臺(tái)箱式反應(yīng)器，年產(chǎn)油品4.7萬噸，1967年因大慶油田產(chǎn)油而停產(chǎn)。改革開放后，山西煤制油試驗(yàn)再次上馬。中科院山西煤化所開始進(jìn)行煤制合成汽油的開發(fā)研究，并開發(fā)出兩段法煤制油試驗(yàn)裝置。

上世紀(jì)90年代，國(guó)際石油價(jià)格很低，煤制油的成本高于進(jìn)口石油，加之當(dāng)時(shí)我國(guó)已開始大量進(jìn)口石油，煤制油工業(yè)化試驗(yàn)裝置因經(jīng)費(fèi)問題，在試驗(yàn)成功后便不再開車。1997年以后，隨著我國(guó)石油需求快速增長(zhǎng)，煤制油技術(shù)重新得到重視。進(jìn)入21世紀(jì)，煤制油作為接替資源受到普遍關(guān)注。

2004年8月，神華集團(tuán)（后重組為國(guó)家能源集團(tuán)）擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一條百萬噸級(jí)煤直接液化生產(chǎn)線開工建設(shè)，全國(guó)各地紛紛將目光投向這一領(lǐng)域。兗礦集團(tuán)5萬噸/年的間接液化煤制油項(xiàng)目、潞安集團(tuán)和伊泰集團(tuán)各16萬噸/年的間接液化煤制油項(xiàng)目、神華集團(tuán)18萬噸/年的間接液化煤制油項(xiàng)目在“十一五”期間陸續(xù)開工建設(shè)，備受業(yè)內(nèi)矚目。

當(dāng)時(shí)，除已進(jìn)入國(guó)家規(guī)劃的內(nèi)蒙古、云南、黑龍江、陜西等?。ㄗ灾螀^(qū)）以外，山西、山東、寧夏等十幾個(gè)省（自治區(qū)）紛紛計(jì)劃上馬此類項(xiàng)目。但由于煤制油技術(shù)的工業(yè)化尚處于示范階段，且一次性投資巨大，如任由其無序發(fā)展，將導(dǎo)致巨大風(fēng)險(xiǎn)。為此，國(guó)家發(fā)改委先后下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)煤化工項(xiàng)目建設(shè)管理、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》《關(guān)于加強(qiáng)煤制油項(xiàng)目管理有關(guān)問題的通知》等文件，力求穩(wěn)步推進(jìn)煤制油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，規(guī)范投資行為。

目前，全國(guó)已投產(chǎn)的煤制油年總產(chǎn)能約900萬噸。潞安集團(tuán)共有年產(chǎn)116萬噸的間接液化煤制油項(xiàng)目、伊泰集團(tuán)共有年產(chǎn)216萬噸的間接液化煤制油項(xiàng)目、兗礦集團(tuán)共有年產(chǎn)100萬噸的間接液化煤制油項(xiàng)目、國(guó)家能源集團(tuán)共有年產(chǎn)418萬噸的間接液化煤制油項(xiàng)目和年產(chǎn)108萬噸的直接液化煤制油項(xiàng)目。其中，國(guó)家能源集團(tuán)煤制油產(chǎn)能約占全國(guó)煤制油總產(chǎn)能的60%，并擁有全國(guó)唯一的直接液化生產(chǎn)線。

兩條煤制油技術(shù)路徑

煤和石油都是碳?xì)浠衔铮瘜W(xué)元素基本相同。典型煙煤的氫碳比為0.8左右，而原油的氫碳比為1.76左右。煤液化，即根據(jù)大分子學(xué)說，將煤在高溫高壓條件下裂解，通過化學(xué)反應(yīng)提高煤炭的氫碳原子比，降低氧碳原子比，轉(zhuǎn)化成液態(tài)油（烷烴）和氣態(tài)烴。

“煤炭的烴基轉(zhuǎn)化，從技術(shù)上說有三種模式。一是液化，二是氣化，三是碳化。”國(guó)家能源集團(tuán)煤制油化工有限公司副總經(jīng)理劉夏明說，“碳化多數(shù)屬于傳統(tǒng)煤化工范疇，液化和氣化多數(shù)屬于現(xiàn)代煤化工范疇?！?/p>

煤直接液化技術(shù)，是“液化”方式的烴基轉(zhuǎn)化。而煤間接液化技術(shù)，則是通過“先氣化、再液化”的方式進(jìn)行烴基轉(zhuǎn)化，最終合成油品。

近年來，中煤科工集團(tuán)、國(guó)家能源集團(tuán)、兗礦集團(tuán)和中科合成油公司等都致力于煤制油技術(shù)的開發(fā)和研究，并取得了相應(yīng)成果，相關(guān)硬件、催化劑的開發(fā)也獲得相應(yīng)突破，我國(guó)煤制油技術(shù)迅速進(jìn)步。

我國(guó)煤間接液化技術(shù)，最早由兗礦集團(tuán)引進(jìn)并研發(fā)。1998年，兗礦集團(tuán)開始進(jìn)行煤制油的技術(shù)儲(chǔ)備。當(dāng)時(shí)，兗礦集團(tuán)從南非沙索爾公司請(qǐng)回了其副總工程師孫啟文。孫啟文的回國(guó)加快了煤間接液化技術(shù)研發(fā)。但因歷史上的企業(yè)決策因素，兗礦集團(tuán)煤間接液化技術(shù)遲遲沒有得到工業(yè)項(xiàng)目的驗(yàn)證，錯(cuò)過了技術(shù)推廣的好時(shí)機(jī)。

2009年，中科院山西煤化所及其后來股份化的中科合成油公司與其他企業(yè)合作建設(shè)了3個(gè)煤間接液化工廠。同年，神華集團(tuán)煤制油化工公司成功研制間接液化費(fèi)托合成催化劑，并在間接液化裝置上成功應(yīng)用。

目前，我國(guó)多數(shù)間接液化煤制油項(xiàng)目采用脫胎于中科院山西煤化所中科合成油公司開發(fā)研究的技術(shù)。

我國(guó)煤直接液化技術(shù)，由國(guó)家能源集團(tuán)自主開發(fā)。2000年前后，神華集團(tuán)用3年時(shí)間，在煤炭科學(xué)研究總院863催化劑的開放基礎(chǔ)上，對(duì)世界三大煤直接液化技術(shù)（美國(guó)HTI工藝、德國(guó)IGOR工藝和日本NEDOL工藝）進(jìn)行對(duì)比，決定采用美國(guó)HTI煤直接液化工藝，并對(duì)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)。2004年6月，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤直接液化工藝技術(shù)通過評(píng)估和鑒定，日耗煤6噸的直接液化實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)成功。同年，在我國(guó)最大煤田——神府東勝煤田上，神華集團(tuán)鄂爾多斯煤直接液化生產(chǎn)基地開工建設(shè)，并于4年后建成投產(chǎn)。

目前，我國(guó)此項(xiàng)煤直接液化技術(shù)已在全世界13個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了專利技術(shù)。“經(jīng)國(guó)家發(fā)改委委托中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)評(píng)估，應(yīng)用該項(xiàng)專利技術(shù)建設(shè)的第一條百萬噸級(jí)的工業(yè)化示范生產(chǎn)線，基本達(dá)到了預(yù)期的工藝技術(shù)指標(biāo)?？偣に嚵鞒淘谖磥硪欢螘r(shí)間里不會(huì)發(fā)生較大變化，除非有更加高效的催化劑產(chǎn)生?！眲⑾拿髡f。

隨著神寧、潞安、伊泰等百萬噸級(jí)煤間接液化工廠的陸續(xù)建成投產(chǎn)，該技術(shù)的應(yīng)用也逐漸趨于成熟。從開始研究煤制油技術(shù)到現(xiàn)在，我國(guó)建立了具有國(guó)際先進(jìn)水平的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，專門負(fù)責(zé)煤炭液化和液化油提質(zhì)加工等方面的研究，并培養(yǎng)了一支專業(yè)的科研隊(duì)伍。

環(huán)保投資占比一成左右

煤化工在控制大氣污染物排放方面，具備先天性優(yōu)勢(shì)。和傳統(tǒng)的煤炭利用方式——燃煤發(fā)電相比較，同樣加工1噸含硫量相同的煤，其二氧化硫排放量只有電廠超低排放量的1/5。在氮氧化物方面（產(chǎn)生PM2.5的主要物質(zhì)），發(fā)電站為空氣燃燒，空氣中含有大量氮?dú)?，產(chǎn)生氮氧化物。而煤化工為純氧燃燒，采用空分裝置把氧氣和氮?dú)夥蛛x開，廢氣中氮氧化物含量極少。此外，煤化氣的反應(yīng)溫度在一千攝氏度以上，在上百大氣壓下、高溫高壓全密閉環(huán)境中運(yùn)行，不易產(chǎn)生粉塵。

經(jīng)過煤化工裝置排放的廢氣，二氧化碳濃度極高，一般在95%到98%之間。國(guó)家能源集團(tuán)在鄂爾多斯煤制油廠區(qū)建設(shè)了中國(guó)首個(gè)CCS（二氧化碳捕集和封存）項(xiàng)目，目前已經(jīng)封存了約30萬噸的二氧化碳。

對(duì)于煤制油而言，環(huán)保方面最大的難點(diǎn)是污水處理。無論是直接液化還是間接液化，均會(huì)產(chǎn)生一定量的高濃度有機(jī)廢水，處理難度較大。

在煤間接液化方面，以神寧年產(chǎn)400萬噸煤制油示范項(xiàng)目為例，由于國(guó)家環(huán)保指標(biāo)提升，很多技術(shù)在新標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)不到要求，新的環(huán)保技術(shù)正在開發(fā)。據(jù)神寧集團(tuán)煤制油分公司總工程師黃斌介紹，以低溫甲醇洗的尾氣排放為例，總硫要求占比百萬分之一，而根據(jù)早期數(shù)據(jù)，能控制在百萬分之二十以內(nèi)“已經(jīng)很好了”。

開發(fā)新技術(shù)，既要控制投資和運(yùn)行成本，還要保證達(dá)標(biāo)，難度可想而知?！笆痉俄?xiàng)目之所以叫‘示范’，就是需要一個(gè)研發(fā)、探索的過程。”黃斌說，“目前看來，該項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)良好?！?/p>

近年來，煤化工項(xiàng)目在環(huán)保方面技術(shù)飛速進(jìn)步。但與之相對(duì)應(yīng)的，是大量的環(huán)保投資。據(jù)悉，一般的煤化工項(xiàng)目在環(huán)保方面的投資占項(xiàng)目總投資的7%到15%，環(huán)保投資成為煤化工產(chǎn)品成本的重要組成部分。

探尋煤制油發(fā)展空間

按目前既有技術(shù)水平和指標(biāo)計(jì)算，每3.3噸到3.5噸的標(biāo)準(zhǔn)煤，可生產(chǎn)出1噸成品油。

成品油成本主要由原料（煤炭）的價(jià)格和固定成本組成。以直接液化煤制油項(xiàng)目為例，以熱值5500大卡以上的坑口煤價(jià)格為370元/噸計(jì)，生產(chǎn)1噸成品油的原料成本約1200元。

國(guó)家能源集團(tuán)年產(chǎn)108萬噸直接液化煤制油項(xiàng)目投產(chǎn)之初，油價(jià)在每桶80美金以上，項(xiàng)目每年有4億至5億元的利潤(rùn)。但在2015年后，油價(jià)下跌，消費(fèi)稅相應(yīng)增加。2015年至2017年，項(xiàng)目連續(xù)虧損。

“今年7月之后，隨著油價(jià)回升，企業(yè)開始盈利。按照目前的運(yùn)行成本和消費(fèi)政策來看，每桶石油價(jià)格60美金時(shí)，直接液化煤制油項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)盈利。”劉夏明說。

根據(jù)相關(guān)政策，高油價(jià)時(shí)，國(guó)家為穩(wěn)定成品油價(jià)格，下調(diào)消費(fèi)稅；低油價(jià)時(shí)，國(guó)家為防止過度消費(fèi)、污染環(huán)境，適當(dāng)上調(diào)消費(fèi)稅。然而，成品油消費(fèi)稅不適用原油以外來源的其他油品。以煤制油為例，國(guó)際油價(jià)高時(shí)，煤制油企業(yè)利潤(rùn)高而消費(fèi)稅低；國(guó)際油價(jià)低時(shí)，煤制油企業(yè)利潤(rùn)低，同時(shí)還要承擔(dān)高額消費(fèi)稅，企業(yè)生存困難。

據(jù)介紹，在原油低價(jià)位水平運(yùn)行情況下，要避開油品的高額消費(fèi)稅，進(jìn)一步提升煤制油項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，須延伸產(chǎn)業(yè)鏈，增加高附加值化工產(chǎn)品的種類。全球第一家煤制油工業(yè)化、規(guī)?；哪戏巧乘鳡柟疽呀?jīng)有一些成功的經(jīng)驗(yàn)。目前，我國(guó)各煤制油項(xiàng)目也正在按照這個(gè)思路積極探索推進(jìn)。

值得注意的是，全國(guó)目前投產(chǎn)的煤制油項(xiàng)目，總體量不到1000萬噸?！赌茉窗l(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，“十三五”期間，煤制油生產(chǎn)能力達(dá)到1300萬噸左右。而我國(guó)每年自產(chǎn)原油2.1億噸不到，缺口為3.8億噸到3.9億噸。

“和3.8億噸的缺口相比，1000多萬噸的煤制油體量很小。但正如溫家寶總理當(dāng)年在直接液化煤制油項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)視察時(shí)指出的那樣，‘在國(guó)家需要時(shí)用得上’?！眲⑾拿髡f，“應(yīng)充分發(fā)揮人工合成油低硫、低凝點(diǎn)、大比重等優(yōu)勢(shì)，開發(fā)特種油品?！?/p>

據(jù)悉，目前在航空煤油、火箭燃料等方面，人工合成油應(yīng)用已經(jīng)取得階段性成果。

煤化工發(fā)展尚待全面

烯烴和芳烴，是三大合成材料（合成塑料、合成纖維、合成橡膠）的基礎(chǔ)原料。一個(gè)國(guó)家石油化工的水平，通過烯烴和芳烴這兩種基礎(chǔ)原料來衡量。

“煤化工技術(shù)在中國(guó)取得了革命性突破，但發(fā)展尚不全面。”劉夏明坦言。劉夏明所指的不全面，一方面是煤制油和煤制烯烴的體量不夠大，且彼此關(guān)聯(lián)不足。石化行業(yè)目前已實(shí)現(xiàn)千萬噸級(jí)的煉油和百萬噸級(jí)烯烴的“煉化一體化”，而煤化工行業(yè)尚不具備此條件。

另一方面，雖然我國(guó)煤化工項(xiàng)目在煤制烯烴、煤制油方面有所突破，但在煤制芳烴上的技術(shù)還未取得根本性突破。合成原料受限，導(dǎo)致下游合成產(chǎn)品較為單一，煤化工行業(yè)同質(zhì)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，尚未實(shí)現(xiàn)多元化發(fā)展。

除此之外，目前我國(guó)煤化工產(chǎn)品以固體產(chǎn)品為主，液體產(chǎn)品較少，生產(chǎn)出的油品就近銷售或消耗，很難外運(yùn)。市場(chǎng)在東南沿海，產(chǎn)地在西北地區(qū)，這給液體產(chǎn)品的運(yùn)輸帶來不便。和煤化工產(chǎn)地與市場(chǎng)一樣逆向分布的，還有水資源和煤炭資源。我國(guó)煤炭資源集中在中西部的山西、內(nèi)蒙古和陜西等地，為干旱或半干旱地區(qū)，水資源匱乏。數(shù)據(jù)顯示，年產(chǎn)100萬噸的直接液化煤制油項(xiàng)目，日需水約為2萬立方米。年產(chǎn)150萬噸的間接液化煤制油項(xiàng)目，日需水約為5萬立方米。煤制油技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化受水資源的約束。

目前，在我國(guó)西部地區(qū)，只有寧東煤制油基地初具規(guī)模。寧東煤化工基地規(guī)劃面積3000多平方公里，環(huán)境容量目前已經(jīng)飽和。在設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面，部分精密儀表、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等，目前仍需從國(guó)外引進(jìn)。

“我們國(guó)家差就差在材料工藝上，尤其是一些高強(qiáng)度、高耐磨性、耐低溫的材料。”劉夏明說，“但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，煤制油項(xiàng)目在開車過程中和國(guó)內(nèi)的裝備制造業(yè)相互配合，國(guó)產(chǎn)化率已大幅提升?！?/p>

據(jù)悉，我國(guó)煤直接液化技術(shù)的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)95%以上，煤間接液化技術(shù)的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度相對(duì)更高。