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★ “现代煤化工高质量发展”专题 ★

现代煤化工产业竞争力分析及高质量发展路径研究

王建立,温 亮

(中国神华煤制油化工有限公司,北京市东城区,100011)

摘 要 介绍了国家能源集团在煤化工产业开拓和引领方面取得的成绩,分析了现代煤化工产业在新形势下面临的挑战和机遇。从项目规模、单位产能投资强度、项目布局、产品特点和成本分析等多个角度,系统地与石油化工在竞争力上进行了对比分析;结果表明,煤制油、煤制气及煤基化工项目虽在项目规模、投资强度和项目布局方面优势不明显,但在一些特殊产品领域,如煤制油生产特种油品、煤制可降解材料等含氧化合物方面具有独特优势。在此基础上对国家能源集团现代煤化工产业高质量发展路径进行了探讨,并对集团公司再次引领现代煤化工产业升级和高质量发展进行了展望。

关键词 现代煤化工;煤制油;煤基特种油品;含氧化合物;国家能源集团

0 引言

国家能源投资集团有限责任公司(以下简称“国家能源集团”)是经党中央、国务院批准,2017年11月由中国国电集团公司和神华集团有限责任公司合并重组而成。拥有煤炭、火电、新能源、水电、运输、化工、科技环保、金融等8个产业板块,是全球最大的煤炭生产公司、燃煤发电公司、风力发电公司和现代煤化工公司。

作为现代煤化工领域的开拓者和先行者,国家能源集团成功建成并运营了全球唯一的百万吨级煤直接液化示范工程、全球第一套煤制烯烃工业示范工程、国内规模最大的400万t/a的煤间接液化制油示范装置。

经过近20年的发展,国家能源集团现代煤化工产业形成了集技术研发、工程建设、生产运营、市场销售于一体的完整体系。目前运营项目28个,甲醇产能(含煤制烯烃甲醇产能)1 008万t/a,占全国总产能的10%;煤制油产能531万t/a,占全国总产能的57%;烯烃产能(含煤制烯烃、甲醇制烯烃、轻烃裂解)产能388万t/a,占全国总产能的37%。

“十四五”时期是我国全面建成小康社会后向基本实现现代化、由大国向强国跨越的关键时期,也是石油和化工产业结构由量变到质变的重要阶段[1-2],是现代煤化工产业高质量创新发展的关键时期[3-4]。国家能源集团现代煤化工板块将认真学习贯彻党的十九届五中全会精神,提高自主创新能力,再次引领产业升级和高质量发展[5]

1 产业形势分析

1.1 现代煤化工仍是煤炭清洁高效利用的重要途径,是促进西部地区跨越发展的重要手段

2020年5月,《中共中央、国务院关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见》鼓励在西部地区积极推进煤炭分级分质梯级利用,稳步开展煤制油、煤制气、煤制烯烃等升级示范。现代煤化工产业在我国西部煤炭资源地具有发展空间和政策支持的优势。

据权威机构预测,到2035年煤炭在我国一次能源中的占比仍接近50%,煤炭在我国经济发展中的重要地位依旧不可动摇。煤炭行业正在不断强化“燃料”和“原料”的双重属性,需要新的清洁高效转化方式促进产业的转型升级。依托优质煤炭资源,集约化、基地化打造煤炭-化工产业链,将是煤炭产业链延伸、价值链提高的重要路径[6]

1.2 我国石化产业将进入产能过剩时代,海外轻烃产能将冲击我国市场

近年来我国沿海大型石油化工项目密集建设、陆续投产[7]。根据公开资料统计,我国目前投产、在建以及规划中的22个大型炼化一体化项目合计炼油产能为2.64亿t,乙烯产能为2 450万t/a、丙烯产能为1 700万t/a(其中聚丙烯产能为680万t/a)、芳烃产能为3 455万t/a。如以上炼化项目全部投产,我国炼油、乙烯、丙烯、芳烃产能均将过剩。

美国的“页岩气革命”带来了丰富低价的乙烷、丙烷等轻烃资源。2016-2018年,美国新增乙烯产能550万t/a,预计2019-2022年还有850万t/a的新增乙烯产能。由于页岩气大规模开发使得美国天然气、乙烷价格大幅走低,美国乙烯及聚乙烯、乙二醇等大宗产品的竞争力甚至超过中东海湾地区,北美化工产品成本竞争力不断提高。美国低成本页岩气开发带来基础石化产业的强势回归,极大影响世界石化产品的区域格局,尤其是将对东北亚和我国石化产业带来极大挑战。

随着我国石化产品市场从“短缺”走向“饱和”,成本和特色将是企业未来生存发展的关键。如果国际原油长期维持在低价格区间,沿海大型炼化一体企业凭借规模、原料和地域优势市场竞争力显著。在残酷的成本比拼下,可以预见一批成本较高、竞争力较弱的炼化和现代煤化工企业将关停或遭遇生存危机。

1.3 新形势下,化工产业机遇和挑战并存,需激发新活力、释放新动能

塑料污染已对人类健康和生态环境造成严重影响,治理“白色污染”已形成全球共识。我国高度重视塑料污染防治工作,先后出台了一系列的法律法规和政策措施[8]

2019年9月9日,习近平总书记主持召开中央全面深化改革委员会第十次会议时明确提出“要积极应对塑料污染,积极推广可降解替代产品,有力有序有效治理塑料污染”。2020年1月19日国家发展改革委、生态环境部联合发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,提出到2020年底,我国率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用。自2020年底至2025年,将逐步禁止使用一次性不可降解塑料制品,推广可降解材料作为替代产品。2020年7月10日,国家发改委会同有关部门联合印发《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,进一步提出了2020年底要完成的目标任务,对禁限超薄塑料购物袋等制品、规范集贸市场塑料购物袋使用、加大塑料废弃物分类回收和处置等重点工作,逐项提出狠抓落实的措施,并明确了责任单位。截止2020年底,我国31省份已发布塑料污染治理相关实施方案或行动计划。

从国家层面到部分省市“禁塑”政策的密集出台与实施,国内生物可降解材料需求量将迅速增长,市场发展空间巨大。聚乙烯、聚丙烯塑料行业发展则遭遇“天花板”,以通用料为主的煤制烯烃项目受到的影响较大,而煤基生物可降解材料将迎来重大发展机遇。

2 与石油化工在产业竞争力上的对比分析

现代煤化工产业的发展竞争力很大程度上取决于原油价格。我国成品油价格与原油价格挂钩,每10个工作日将依据原油价格的涨跌进行适时的调整;炼油、石脑油裂解制乙烯的产品成本与原油价格关系紧密,随着原油价格的涨跌呈线性关系而上下浮动。而煤制油、煤制烯烃等现代煤化工项目投资巨大,固定成本在产品价格中占比高,作为煤化工产业原料的煤炭价格虽然在一定程度上受原油价格影响,但近年来受到国内煤炭行业去产能政策及狠抓安全环保措施的影响,煤炭价格保持坚挺,现代煤化工项目产品成本受原油价格的影响较小。

2.1 项目规模对比分析

2.1.1 现代煤化工项目规模

煤制油项目的规模一般为100万t/a~400万t/a,神华鄂尔多斯煤直接液化示范工程核心工艺装置——煤液化装置规模为108万t/a,神华宁煤400万t/a煤间接液化项目,其核心工艺装置——费托合成制油装置单套规模为50万t/a。

煤制烯烃项目的规模一般为60万t/a,目前最大的内蒙古鄂尔多斯中天合创能源有限责任公司137万t/a煤制烯烃项目,其核心工艺装置MTO装置单套规模为60万t/a,规划在建的煤制烯烃项目MTO装置单套规模最大为100万t/a。

煤制乙二醇项目规模一般20万t/a~60万t/a,其核心工艺装置羰化装置单套规模最大10万t/a、加氢装置单套规模最大20万t/a。

2.1.2 石油化工项目规模

大型炼化一体化项目已成为石化行业发展趋势,项目在沿海沿江布局,单系列炼油规模超过1 000万t/a,乙烯规模能到150万t/a(同时副产70万t/a的丙烯),芳烃规模能达到450万t/a。充足的上游产能保障下游多品种、多牌号的深加工装置达到经济规模。

与石油化工项目相比,现代煤化工项目缺少“炼化一体化”,单套装置规模小,副产物难以规模化利用,不具备规模优势。

2.2 单位产能投资对比分析

2.2.1 煤制油与炼油投资比较

100万t/a的煤制油项目总投资约为130亿元~150亿元,单位产能投资为1.3亿元/万t~1.5亿元/万t产能。

1 000万t/a的炼油项目总投资约为160亿元,单位产能投资为1 600万元/万t产能。

煤制油与炼油单位产能投资比为8.75∶1。

2.2.2 煤制烯烃与石脑油裂解制乙烯投资比较

60万t/a的煤制烯烃项目总投资约为190亿元(乙丙烯60万t/a),单位产能投资为3.2亿元/万t产能。

100万t/a的石脑油裂解项目总投资约为200亿元(乙丙烯150万t/a),单位产能投资为1.3亿元/万t产能。

煤制烯烃与石脑油裂解制乙烯单位产能投资比 2.46∶1。

2.2.3 煤制乙二醇与石脑油制乙二醇投资比较

40万t/a的煤制乙二醇项目(合成气-草酸酯-乙二醇)总投资约为50亿元,单位产能投资为1.25亿元/万t产能。

石油制乙二醇以石脑油-乙烯-乙二醇路线为主,由于没有单独的石脑油-乙烯-乙二醇项目,以60万t/a的乙烯制乙二醇投资30亿元计,折合石脑油制乙二醇单位产能投资为1.15亿元/万t产能。

煤制乙二醇与石脑油制乙二醇单位产能投资比1.09∶1。

通过上述单位产能投资对比分析可以看出,现代煤化工项目投资较大。究其原因是因为与石化项目不同,现代煤化工项目基本要求污水零排放,环保投资占总投资的15%,投资占比很大。由于规模大、流程短,石油化工生产汽柴油、芳烃、烯烃的单位产能投资明显低于现代煤化工路线。对于乙二醇等含氧化合物产品,现代煤化工与石油化工路线单位产能投资基本相当。

2.3 项目布局对比分析

2.3.1 现代煤化工项目

现代煤化工项目主要集中在内蒙、陕西、新疆等中西部煤炭资源地,化工产品远离华东、华南消费市场。受地方政府煤炭就地转化政策的影响,同一区域内多个企业分别建设多个类似项目,同一企业在临近区域分别建设多个类似项目,难以发挥协同效应。另外,项目多布局在西北地区,没有沿江沿海的物流优势,建设期间大件装备运输受限,只能多系列平行布置。

2.3.2 石油化工项目

由于原油主要依靠进口,大多数项目布局在沿海沿江地区,国家七大石化产业基地均在沿海地区,本轮大批规划建设的大型炼化项目也基本沿海布置。另外,有部分项目在油气开采区布局,例如黑龙江大庆、新疆克拉玛依等区域。

现代煤化工项目布局在交通运输、产品消费市场等方面处于劣势,已建项目较为分散、相对孤立,需要借鉴石油化工基地化布局、集约化发展的思路。

2.4 产品特点对比分析

2.4.1 煤制油可以生产石油化工难以生产的油品

煤直接液化柴油馏分具有大比重、高热安定性、高体积热值、高比热容、超低凝点、低硫、低氮、低芳烃特性。在某些重要领域煤制柴油具有巨大应用潜力,可有力保障特种行业用油需求,填补供油体系空白[9-10]

煤直接液化石脑油中环烷烃组分超过70%,芳潜含量达到69%,是制备芳烃和环烷基非燃料油产品的优质原料。

煤间接液化柴油的十六烷值很高(70以上),超低硫氮、芳烃含量小于1 wt%,烯烃含量低。适合深加工生产高品质石蜡、聚α-烯烃基础油等。

煤间接液化石脑油链烷烃含量近95%,大部分为正构烷烃,超低硫,不含芳烃、金属污染物,烯烃选择性和产率高,是优良的烯烃裂解原料。

2.4.2 煤化工比石油化工更适合生产含氧化合物

煤化工主要通过将煤转化成合成气从而进一步生产各类产品,合成气(CO和H2)适合生产甲醇等含氧化合物,且流程短、成本低。新型现代煤化工技术在将合成气生产乙二醇、乙醇产品路线上,具有成本优势。

另外,不同于聚乙烯等传统材料,生物可降解材料属于含氧化合物类,适合将煤转化成合成气进行大规模、低成本生产。

通过上述对比分析可以看出,原料和技术路线的迥然不同,决定了现代煤化工产品的独具特性。应抓住比较优势,扬长避短,差异化发展,可以从根本上增强现代煤化工的核心竞争力。

2.5 成本竞争力对比分析

2.5.1 煤制油与炼油对比

煤制油竞争按照2 000万t/a炼化一体化项目和100万t/a间接法煤制油项目进行测算,不同原油价格下的间接法煤制油项目对应的竞争煤价见表1。

表1 不同原油价格下的间接法煤制油项目对应的竞争煤价

布伦特原油价格/(美元·桶-1)石油路线成品油成本/(元·t-1)煤制油竞争煤价/(元·t-1)402984965036812396043783897050755178057726819064688271007165975

根据表1测算,当国际原油价格为55美元/桶时,煤制油项目基本具有成本竞争力。但考虑到消费税以及销售终端等问题,实际上坑口建设的煤制油项目只有在油价高于60~65美元/桶时才具备竞争力。

2.5.2 煤制烯烃与石脑油制烯烃对比

煤制烯烃竞争力按照100万t/a蒸汽裂解制乙烯项目和60万t/a煤制烯烃项目进行测算,不同原油价格下的煤制烯烃项目对应的竞争煤价见表2。

根据表2测算,当国际原油价格为60美元/桶时,煤制烯烃项目基本具有成本竞争力。如按煤化工一体化方式布局建设煤制烯烃项目,将煤价控制在200元/t以下,煤制烯烃的成本与原油价格为50美元/桶时的石油路线制烯烃相比具有竞争力。

表2 不同原油价格下的煤制烯烃项目对应的竞争煤价

布伦特原油价格/(美元·桶-1)石油路线烯烃成本/(元·t-1)煤制烯烃竞争煤价/(元·t-1)403780345045201756051362937057904178064255389071306721007800800

2.6 小结

综上所述,煤制油煤化工项目与石油化工项目相比,还不具备规模化、基地化的优势,产品同质化现象比较明显,且同类产品单位产能投资明显高于炼化项目投资,尤其在目前国际原油价格低位徘徊的背景下,煤制油煤化工产品不具备石油化工产品的成本优势,面临着普遍的经营困局。当然,煤制油煤化工产业在一些特殊领域仍然具有优势,如煤制油具有生产特种油品的优势;现代煤化工更适合生产含氧有机化合物;煤制可降解材料在产品成本和性能上将具有优势;并且随着技术工艺完善和装置达到经济规模,产品成本有望接近通用塑料水平,具备在一次性塑料日用领域大规模推广基础。

为增强产业竞争力,现代煤化工发展战略应高度重视对基地化、差异化、煤化一体化发展模式的研究和探索,向高端合成材料领域延伸,创造新的利润增长点。

3 产业高质量发展路径研究

3.1 优化完善现有工厂生产运行

国家能源集团现代煤化工项目已基本具备安全、稳定、长周期生产能力,但部分项目距离满负荷、优质运行还有差距。“十四五”期间,集团将继续推动已建成的现代煤化工项目优化运行,实现满负荷条件下的连续、稳定、安全、清洁生产,降低生产成本,积极改善生产经济性。

(1)提高生产运行管理水平。运用智能化、工业物联网等技术,进一步提高工厂运行效率,提升核心技术指标,提高目标产品收率,降低能耗、水耗和污染物排放[11]

(2)持续进行技术改造和工程优化。加大现有项目技改提质力度,解决制约装置高效运行的瓶颈问题,持续提升资产整体价值和利用效率。

(3)积极谋划产品结构升级。在现有生产基础上,充分利用各种生产物料特点和各种资源,开发新产品、开拓新市场。充分利用副产的煤沥青,开发炭纤维、电极材料和针状焦等新型碳素材料。在煤制烯烃技术上应在现有的多品种牌号产品的基础上,开发适应市场的高端产品。

(4)适时开展重点项目后评价。对现代煤化工重点项目进行后评价,回顾和分析现代煤化工项目价值,总结前期设计、工程建设和生产运行经验教训,及时有效反馈信息,提高未来新项目的建设和管理水平。

3.2 稳步发展煤制油及下游产业

应认真总结前期产业化示范经验教训,突破部分环节关键技术瓶颈,加快推进科研成果转化应用,引领现代煤化工产业向更高技术水平迈进。

(1)从国家能源安全、企业资源战略层面适度发展煤制油项目,煤制油产品重点定位于特种油品,生产高品质清洁柴油及航空煤油,并且煤制油产品方案设计应具有一定的灵活性和抗风险能力。

(2)加快推进产品的优化升级,向下游延伸产品链。煤间接液化产品链逐步形成以柴油为主,灵活联产多种精细化学品的产品加工技术方案,实现煤制油产品价值的最大化。煤直接液化产品链重点开发液化沥青下游产品。应开展以中间相沥青发展中间相沥青基炭纤维、碳微球、高性能泡沫炭、电极材料、炭/炭复合材料等高性能碳材料研究,拓展航空航天、新能源、医学、环保和电子等多领域的应用。

3.3 升级发展煤制化学品产业

要主动适应产业发展新趋势和市场新要求,推动产业融合发展和技术创新,提高资源能源利用效率,减少污染物排放,应对环保和碳交易压力。

(1)面向塑料污染治理、可降解材料发展提速的趋势,巩固国家能源集团现代煤化工产业在可降解材料领域的现有发展成果并不断创新,加快煤基生物可降解材料产业布局;发展有竞争力的含氧化合物及下游衍生物,向新型特种树脂及高端材料领域延伸产业链;实施煤制可降解材料和大规模合成树脂产品融合发展,形成新型煤基生物可降解材料规模化、系列化产品。

(2)新建煤制烯烃项目下游产品方案以聚烯烃树脂为主,尽量减少液体产品出厂。考虑到拓宽下游产品方案,结合区域特点着力培育产品市场,带动中西部地区光伏、风电、果蔬产品下游加工业等产业发展。

(3)对于有条件的地区和企业,重点关注节能减排类产品方案,采用先进清洁的氧氯化法聚氯乙烯、双氧水法环氧丙烷等生产工艺,加大产业融合力度,削减汞污染、废水和废渣污染。

(4)以煤制甲醇为基础,面向醋酸、甲醛、碳酸二甲酯等方向,延伸发展醋酸乙烯、聚甲醛、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、季戊四醇等有机原料、化工新材料和高端电子级产品,注重选择技术先进、环境友好的技术路线,带动传统碳一化工产业升级。

3.4 推动现代煤化工与新能源氢能产业融合发展

面对将要到来的碳达峰、碳中和时代,现代煤化工产业将积极践行安全、绿色、创新、高质量发展的理念,努力探索以减排二氧化碳为前提的产业创新发展新路径。

研究化工产业以清洁能源-制氢-合成气补氢-碳减排融合发展的产业发展新路径,布局绿电-绿氢-储氢-储能-煤化工一体化发展工业示范和产业应用,大量使用“绿氢”“绿电”,打造氢能产业基地。充分利用现代煤化工产业副产高浓度二氧化碳的特点,推动二氧化碳捕集、利用和封存项目的布局,积极探索CCUS技术产业化路径,促进二氧化碳驱油等碳减排项目建设,积极布局以二氧化碳为原料的全新碳化学工业。

4 结语

基于国内外宏观形势、化工行业发展环境和现代煤化工竞争力的分析与判断,国家能源集团现代煤化工产业的发展要服从和服务于国家战略和集团公司发展战略,以技术创新为引领,通过规模化、基地化、煤化一体化、高端差异化和智慧化发展助推产业高质量转型升级。

展望2035年,国家能源集团煤制油产能将进一步提升,新型煤基燃料生产初具规模,形成比较完备的煤制油下游产业链延伸体系。煤制烯烃将在进一步生产具有成本优势的通用型聚烯烃产品基础上,差异化、高端化聚烯烃产品生产能力明显提升;煤基生物可降解材料产能规模将进一步提升,在国内可降解材料领域占据主导地位;煤液化沥青基新材料开发取得突破,超高比表面积活性炭等材料将实现产业化。同时,聚焦碳减排、氢能产业的发展,形成煤电化一体化协调发展。

参考文献:

[1] 石油和化学工业“十四五”发展指南发布[J].浙江化工,2021,52(2):8.

[2] 郑丹.下一个五年,很关键——专访中国石油和化学工业联合会会长李寿生[J].中国石油石化,2020(24):28-31.

[3] 谢克昌.“十四五”现代煤化工发展的几点思考[N].中国能源报,2020-09-07(016).

[4] 刘中民.现代煤化工行业有必要加强顶层设计[N].中国能源报,2021-02-01(016).

[5] 王祥喜.能源安全新战略引领清洁低碳发展[J].电力设备管理,2020(11):20,33.

[6] 宋玉春.现代煤化工高质量发展的新路径——2019中国国际煤化工发展论坛综述[J].中国石化,2019(9):71-73.

[7] 炼化——大突围[J].国企管理,2020(20):38-47.

[8] 傅向升.禁塑禁什么?限塑到何时?禁(限)塑新政及终止塑料污染中国在行动[J].中国石油和化工,2021(1):4-9.

[9] 国家能源集团成功研发出煤基调和柴油[J].化工时刊,2020,34(9):10.

[10] 王建立,康开通,高山松等.煤直接液化循环溶剂供氢性影响因素研究[J].中国煤炭,2020,46(5):68-73.

[11] 张玉卓.以数字化转型促进能源化工产业高质量发展[J].中国产经,2021(2):58-60.

Competitiveness analysis and high quality development path research of modern coal chemical industry

WANG Jianli, WEN Liang

(China Shenhua Coal to liquid and chemical Co., Ltd., Dongcheng, Beijing 100011, China)

Abstract The achievements of China Energy Investment Corporation(China Energy)in the leading and development of coal chemical industry were introduced, and the challenges and opportunities faced by modern coal chemical industry under the new situation were analyzed.The competitiveness of modern coal chemical industry and petrochemical industry was systematically compared and analyzed from the perspectives of project scale, investment intensity per unit capacity, project layout, product characteristics and cost analysis.The research showed that although the projects of coal to liquid and chemical industry didn't have advantages in scale, investment intensity and layout, it had advantages in some special product fields, such as special oil products by coal to liquid, coal to oxygen-containing compounds including degradable materials.On the basis, the high quality development path of modern coal chemical industry of China Energy was discussed, and the upgrading and high quality development of modern coal chemical industry leaded by China Energy was prospected.

Key words modern coal chemical industry; coal to liquid; coal-based special oil products; oxygen-containing compounds; China Energy

中图分类号 F426.7

文献标志码 A

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引用格式:王建立,温亮.现代煤化工产业竞争力分析及高质量发展路径研究[J].中国煤炭,2021,47(3):9-14.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2021.03.002

WANG Jianli, WEN Liang.Competitiveness analysis and high quality development path research of modern coal chemical industry[J].China Coal, 2021,47(3):9-14.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2021.03.002

作者简介:王建立(1971-),男,河北辛集人,高级工程师,现任中国神华煤制油化工有限公司总经理;研究方向为现代煤化工和石油化工技术工艺及经营管理。E-mail:jianli.wang.a@chnenergy.com.cn

(责任编辑 康淑云 王雅琴)