煤化工行业现状与发展

　　煤作为化工原料由来已久，包括煤制甲醇、煤制合成氨、煤焦化的传统煤化工早已产能相对过剩，产业规模不可能再大规模增长。

　　近年我国发展现代煤化工，其本质是由我国“富煤、贫油、少气”的资源特点决定的。一方面要保障能源安全，减少油气的对外依存度；另一方面则是调整煤炭产品和产业结构，拓展煤炭应用领域，增加附加值。

　　现代煤化工经过前几年的示范建设，取得了较大和较快的发展。但是最近几年，现代煤化工产业化发展却迟滞不前，增长缓慢。2024年，除煤制烯烃的产能稍有增长外，其他现代煤化工产品产能均无增长。“十四五”以来，现代煤化工整体产业基本没有明显扩大，各产品产能也基本没有大幅的增加。

　　现代煤化工最大的问题和挑战就是经济性与碳排放，以及环保政策的严苛要求，企业普遍缺乏经济效益，行业内外投资欲望不强。

　　表面上看，现代煤化工经济性不佳是由于国际油价低迷而国内煤价高企，但根本的原因和问题是其工艺路线和技术特性决定的：一是先要将煤通过气化工艺生成一氧化碳和氢，其气化设备投资大、能耗高；二是由于煤中的碳氢比太低，要通过变换工艺增加氢，这不仅要增加投资和能耗，还要产生大量的二氧化碳；三是后续还要经过一系列复杂的化合反应，设备投资大、能耗高，还要大量的催化剂等；除此之外，其三废处理也成本高昂。

　　相对于石化产品，现代煤化工项目的整体和单位产能投资都过大，投资回报周期过长，运行成本过高，使得产品与国内外的石化产品相比严重缺乏竞争力。

　　目前现代煤化工最大的问题就是盈利性不佳，既有原料煤炭价格高位、电价高位的因素，更有产品结构雷同、差异化和高端化不够的问题。煤制乙二醇和煤制烯烃甚至存在与石化产品型号同质化竞争，以及与炼化一体化、轻烃制烯烃等不同原料路线的国际化竞争。

　　发展现代煤化工的意义和目标就是替代油基产品，因此不可避免地要与石化产品正面竞争。现代煤化工相对石化产品，虽然具有原料保障的优势，但在成本、品质、碳排放强度、水耗等方面的竞争力普遍不足。而且“十四五”期间我国石化产能还在不断释放，丙烯和乙二醇已经市场饱和，乙烯即将饱和，煤化工行业有可能面临更加严峻的局面，现代煤化工产品将更显竞争力不足，与石化产品的竞争将更加困难。这很可能带来现代煤化工产业的进一步停滞，甚至萎缩。

　　近期煤价一直低迷，给现代煤化工带来了提升竞争力的机会。但现代煤化工的经济性不可能建立在企望煤价长期低位，而且煤价也未必就是决定现代煤化工成本的唯一因素。因此，除非煤价始终进一步低位，否则现代煤化工产业整体很难有大规模的发展。

　　预计未来煤制气获将成为现代煤化工行业中最有可能大幅发展的赛道。由于国家网管的公共化使用，煤制气已经不受入网价格的限制，只要控制好自身的成本，完全可以实现盈利。

　　今后应考虑在我国东中部有条件的省份，利用自产煤炭或煤炭通道的富留煤炭，在省内自建煤制气项目，仅满足省内自用，不跨省外输和外省销售。而且中东部地区水资源相对丰富，废渣也便于利用，既能满足用气需要减少外依，又能产生综合经济效益。

　　基于我国目前能源结构和经济发展的特点，煤炭在化工领域的作用短时间还难以被替代。因此，未来仍需坚定不移地发展现代煤化工，但必须要进行本质的变革，甚至重新开发新的工艺与技术：一是开发类似直接液化的“直接法”工艺，缩减中间工序，一步制取终端产品；二是尽量利用“弃风弃光”来制取绿氢，争取最低的成本；三是将变换工段产生的二氧化碳作为原料继续生产化学品，既减排又创收。同时，还要进一步加强节能减排，缩减中间工艺环节，提高管理运营水平，用最新技术提质改造，延伸产业链，降低单位产能和整体投资，提升和增强产品竞争力。当然，环保和碳减排也要在工艺和成本上有大的突破。

煤化工环保与污染物治理

　　煤化工生产过程中，主要污染来源于原料处理、化学反应、产品分离及废弃物处理等多个环节。

　　煤化工企业排放的废气中，含有大量有毒有害物质，如二氧化硫、氮氧化物等，这些物质在大气中可形成酸雨、光化学烟雾等二次污染，对区域空气质量造成严重影响。此外，颗粒物也是煤化工污染的重要组成部分，其对人体健康、能见度等均有不利影响。

　　煤化工废水成分复杂，处理难度大，若未经有效处理直接排放，将对周边水体造成严重污染。这些废水中的重金属、有机物等有害物质可通过食物链富集，最终危害人类健康。

　　煤化工固体废弃物长期堆放，不仅占用大量土地资源，还会通过雨水淋溶、渗滤等方式污染土壤和地下水。受污染土壤中的重金属、有机物等难以降解，对土壤生态系统造成长期破坏。

　　煤化工作为化工行业的一个分支，其污染和环保问题与其他化工产业是同类和同质的，有必要加强约束，但不应该对现代煤化工提出更为严苛的要求。面对煤化工污染问题，需从源头控制、过程监管和末端治理三方面入手，采取综合措施加以解决。包括推广清洁生产技术、提高资源利用效率、加强环保设施建设和运行管理、严格环境监管执法等。同时，还需加强科技创新，研发更加高效、环保的煤化工新技术和新工艺，推动煤化工产业向绿色、低碳、循环方向发展。

　　煤化工污染治理的主要措施包括VOCs及废气处理、废水处理和固废处理等方面。煤化工行业的VOCs的无规则排放，治理难度较大；而有规律的集中排放，治理相对容易。煤化工废气处理的主要目标是减少二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放。

　　煤化工废水常用的处理方法包括物理法、化学法和生物法。处理的主要难点在于其成分复杂，含有大量难以生物降解的有机物和无机物。

　　煤化工产生的固废主要包括煤渣、炉渣和废催化剂等，处理的目标是实现资源化和无害化处理。通过资源化利用，可以将固废用于建筑材料、道路基础材料等，实现废物的高附加值利用。但固废处理需注意防止二次污染，确保处理过程的安全和环保。

　　从全产业链看，煤化工产业对环境影响较大的环节主要有：

　　在煤炭开采过程中，可能会导致地表塌陷、地下水位下降、土壤破坏、生物多样性减少等生态问题。

　　煤炭的洗选过程会产生洗选废水和煤泥。运输过程中的粉尘污染也是一个重要的环境问题，尤其是在铁路、公路运输沿线及港口码头。

　　煤气化产生的气体中含有硫化物、氮氧化物和其他有害物质，未经脱硫、脱硝处理直接排放会严重污染大气。洗涤煤气产生的废水量大且成分复杂，含有酚类、氨氮、氰化物等多种有毒有害物质，是煤化工产业中主要的废水来源之一。

　　变换和合成工艺也会产生大量温室气体二氧化碳，同时伴随废水和废渣排放，要求有严格的处理措施以减轻环境影响。

　　煤化工属高耗能、高耗水行业，大量使用水资源并产生大量温排水，若不采取冷却循环和节水技术，会对水资源造成巨大压力。

　　未来煤化工环保方向主要包括以下几个方面：

　　加快绿色低碳技术装备的推广应用，引导现有现代煤化工企业实施节能、降碳、节水、减污改造升级，加强全过程精细化管理，提高资源能源利用效率。

　　推广应用密闭式循环冷却等节水技术，加快挥发性有机物综合治理、高盐废水阶梯式循环利用、资源化深度处理，以及灰、渣等固体废弃物资源化利用。

　　推进高性能复合新型催化剂、合成气一步法工艺等技术创新，优化产品结构，加快煤基新型合成材料、先进碳材料、可降解材料等高端化工品生产技术开发应用。

　　严格能效和环保约束，新建项目应达到能效标杆水平，已建项目需完成改造升级，达不到基准水平的项目将被淘汰。推广建设煤化工行业智能工厂，推动煤化工产业数智化发展。

煤化工碳减排与碳利用

　　煤炭在开采过程中除了耗电，基本不直接产生二氧化碳。而在使用过程中二氧化碳的产生主要来自直接燃烧以及煤化工中的变换工艺。

　　煤化工的本质就是利用煤炭里的碳和氢，先通过气化工艺将煤分解为一氧化碳和氢，然后由一氧化碳和氢按照不同反应条件，生成各类产品。但煤中的氢含量很低，达不到后续合成工艺所需要的碳氢比，所以要用富裕的一氧化碳与水反应，生成二氧化碳和氢，这样满足了氢的需要，却也产生了大量的二氧化碳。

　　目前最直接的处理方法就是将二氧化碳填埋，但这种方式成本太高，而且还需要一直监控。理论上讲，如果监控用的能耗和电不是绿色的，那么其监控过程也在排放二氧化碳，甚至总有一天其排放的二氧化碳将超过填埋的二氧化碳。也就是说这样的方式除了成本高昂之外，对二氧化碳减排并无意义。

　　现代煤化工减少碳排放的最好方式就是用“绿氢”替代变换过程。目前风光电的发展非常迅速，为大量提供绿氢创造了可能。

　　目前最大的问题就是成本，主要是风、光电的成本和制氢的工艺成本。所谓的风光发电很便宜，但实际上风光发电成本和用电成本绝不是一回事。一旦绿氢的成本小于煤制氢，毫无疑问将在所有用氢行业全面使用。

　　在不能通过绿氢大幅减少碳排放之前，对于现代煤化工产生的二氧化碳最好的处理方式就是产业化利用，也就是把二氧化碳作为原料制成产品。其实原来二氧化碳也一直在被使用，只是用量太小，不足以消耗掉这么多的二氧化碳。

　　现代煤化工产业碳排放具有浓度高、排放集中的特点。这就使得工业生产过程中排放的二氧化碳能够得到富集，对二氧化碳进行收集和提纯投入相对较少，操作相对简单。如果将二氧化碳作为原料生产产品，不仅解决了碳排放，还能创造效益。

　　近年来，我国在二氧化碳化工利用技术方面取得了显著进展，多项技术已进入中试阶段，如重整制备合成气技术、合成可降解化合物技术，以及合成有机碳酸酯技术等。虽然整体上仍处于中试阶段，但已有多项技术成功实现示范。

　　在资源化利用制化学品方面，现代煤化工产业也已着手布局。我国现代煤化工企业和科研机构在二氧化碳制甲醇、烯烃、芳烃、汽油，以及二氧化碳制甲酸、二氧化碳和甲烷重整制合成气、二氧化碳制可降解塑料等高价值化学品方面取得了一系列研究进展。

　　从原理上讲，用二氧化碳代替一氧化碳是没有问题的，只不过原来没有必要，也不必研发。但现在二氧化碳的原料化利用技术层出不穷，进展迅猛，很多已经开始建设示范项目，因此二氧化碳的产业化将指日可待。

　　二氧化碳产业化利用是未来减碳和控碳的发展方向，这不仅能够大幅减少碳排放，还能作为化工副产原料或联产品，为企业创造更多和更大的价值。

　　一旦解决了捕集、生产、成本等问题，二氧化碳实现了真正的产业化利用，煤化工就能够大幅减少甚至不排放二氧化碳。如果需要和消耗的二氧化碳足够量大，很可能都不需要碳中和了，届时“双碳”的模式和路径也要将随之调整和改变。