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发展现代煤化工要有大视野 ——访中国工程院院士金涌

新闻分类:洁净煤气化来源:点击次数:发布日期:2016-02-24


      一方面,受宏观经济下行压力增大影响,大型能源企业盈利水平下降、资金紧张,对投资巨大的现代煤化工项目逐渐力不从心;另一方面,2015年以来,国家环保部对众多现代煤化工项目环评的铁腕否决,引发人们对煤化工政策收紧的猜想。加之国际油价持续下跌并低位运行,已建成的几套现代煤化工示范装置综合效益未达到设想。在这些因素共同打压下,现代煤化工已经由高烧不退变得理性甚至略显冷清,行业发展步入十字路口。

      要不要发展现代煤化工?该怎样发展现代煤化工?应发展什么样的现代煤化工?这些问题成为业内当下关注的焦点。为此,笔者走访了中国工程院院士、清华大学化工学院原院长金涌。

      发展现代煤化工很有必要

      笔者:受多种因素影响,国际石油价格自2014年下半年以来持续大幅下跌,近期更有加速探底之势,且短期内大幅反弹或反转的希望十分渺茫。加之中国多渠道、多元化进口石油天然气的格局已形成,国内油气供应保障能力显著增强。在这种情况下,是否还有继续发展煤化工的必要?

      金涌:中国的资源禀赋是富煤、缺油、少气。其中,煤炭资源储量占世界总储量的11.6%,石油、天然气资源量分别只占世界资源总量的2.4%和1.2%。按照近几年中国煤炭、石油、天然气产量计算,煤炭可开采与使用年限远高于石油和天然气。加之中国人口多,又处于城镇化、工业化发展阶段,对能源资源需求巨大并呈持续攀升态势,若以短缺的石油、天然气作为主要能源,进口量将十分庞大,对外依存度会持续攀升。这既不现实,也使我国能源安全面临诸多威胁和考验,决定了煤炭中长期作为中国主导能源的地位不会改变。

      而煤的主要使用方式,一是作为燃料燃烧,二是作为原料生产各种化工产品。前者主要体现在民用燃料和火力发电等领域;后者就是我们通常所说的煤化工。煤作为燃料使用会产生并排放大量二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等污染气体,对环境造成较大影响。而随着煤化工技术的进步,尤其现代煤化工技术的突破和装置大型化、产业集约化,不仅能生产出高附加值化学品,减少生产这些产品对油气资源的消耗,还为煤炭高效清洁转化开辟了现实可行的路径,也有利于“三废”集中处理与资源化利用。因此,虽然各方对发展现代煤化工的时机、规模、节奏、方式存在争议,但现代煤化工是煤炭清洁高效利用的有效途径这一事实,已经得到社会广泛认可。在这种情况下,只要煤炭依然是中国的主导能源,就有必要也必须发展现代煤化工,以便最大限度地减少使用煤炭对环境的影响。

      笔者:您刚才说现代煤化工是煤炭高效清洁利用的有效途径,但为何近几年,现代煤化工污染事件频见报端?今年以来,环保部还接连否决了数个现代煤化工项目的环评报告。

      金涌:现代煤化工刚刚起步,目前只是攻克了关键技术难题,处于打通流程和对技术的可行性、先进性验证的初级阶段,还无法做到对工程和工艺的集成优化,更缺乏运营与管理经验,甚至连设计都在“摸着石头过河”。在这种情况下,难免会因设计、设备与工艺选型,以及操作管理不当等出现这样那样的问题,这其中也包括安全环保风险。只要及时总结经验、吸取教训、集中力量攻克相关技术难题、持续改进优化工艺设计,相信现代煤化工的环境问题一定能解决。

      至于去年以来数个现代煤化工项目环评被否,这是环保部在履行自己的职责。从被否的几个项目看,确实存在选址不当、当地环境容量不足、项目环境治理措施效果有待重新评估等问题,但这并不代表国家层面不再支持现代煤化工发展。相反,由于项目环评属前期工作内容,事关选址是否科学合理、将来运行起来是否有足够的环境容量、水资源能否支撑巨量耗水需求、项目建成后“三废”处理能否达到相关法规要求等,是项目成败的关键因素之一。如果此时考虑不周、把关不严,即便侥幸蒙混过关,一旦项目建成,也会因水资源或环境问题而无法投入生产,给企业造成更大损失。

      关于这一点,一些已建成的现代煤化工装置已经尝到了苦头——一些项目当初在搞环评时急于求成、马虎过关,安全环保欠账较多,投产后不得不持续追加安全环保投入,使得项目投资远超概算,财务费用激增,盈利能力骤减甚至连续亏损。可见,对项目环评严格把关,不仅不能看作是国家打压现代煤化工。相反,应理解为国家对现代煤化工的呵护,是国家为了从源头上防止现代煤化工再度出现环境问题而陷入被动。这种事前把关的做法有利于减少和控制风险,有利于煤化工行业健康发展。

      低油价时期应减少煤炭使用

      笔者:如您所言,发展现代煤化是鉴于中国资源禀赋作出的战略选择,加之中国现代煤化工整体技术水平领先,且已建成并运行了数个现代煤化工示范装置,一些项目还取得了较好收益。这是否意味着,中国可以尽快扩大现代煤化工规模?

      金涌:虽然相比传统煤化工或作为燃料使用,现代煤化工煤炭高效清洁转化的特点比较明显,但由于所用原料是分子大、结构复杂的高碳能源,加工过程仍存在能耗高(相比石油天然气化工)、水耗大、污染物产生与排放量大等问题,且一些问题(如废水处理)至今尚无理想的解决方案。因此,现代煤化工只能作为战略性技术与产业储备,不到万不得已,不能肆意扩大规模。

      笔者:何为“万不得已”?

      金涌:就是发生大的局部性战争、中国进口油气的通道受阻、能源安全受到威胁时。


      笔者:那么当前我们应该怎么做呢?

      金涌:在当前国际油价处于低位、供应充足且进口渠道畅通的情况下,我们应压缩包括现代煤化工在内的所有用煤规模,尽量多地进口油气资源并做好国家石油战略储备,减少国内煤炭资源的开发和使用。

      笔者:如您所言,若继续大量进口油气资源,中国的石油对外依存度岂不再度攀升,导致能源安全将面临较大威胁?

      金涌:近几年,总有人对中国持续攀升的石油对外依存度表示担心。这种担心有两层含意:一方面担心中国石油对外依存度过高,一旦国际形势发生变化,马六甲海峡等主要能源运输通道被封锁后,中国能源安全、政治经济安全甚至国家安全就会受到威胁;二是作为体量大、能源需求大的中国,油气资源一旦过分依赖进口,国际卖家便会跟风炒作,甚至合力抬高价格,使中国陷入垄断性高油价陷阱。事实上,这两种担心都没有太大道理。

      其一,日本、韩国、德国、印度等不少国家,其能源自给率甚至不如中国,油气资源对外依存度远高于中国,美国的石油对外依存度也一度超过60%。但这些国家并未引发所谓的能源安全危机,为何能源自给率高达90%的中国,多进口一点石油天然气,能源安全就会受到威胁呢?

      其二,全球石油年贸易量约23亿吨,参照世界几大油气进口大国经验并结合中国现状,只要中国石油进口量不超过全球石油贸易量的四分之一,就不会掉入所谓垄断高油价陷阱,更不会像铁矿石那样,让出口国挣得盆满钵满而使最大买家中国的利益受到损害。另外,根据中国产油能力和石油消费情况推算,中国最多再增加1亿吨石油进口量(即年进口石油4亿多吨)就可达到石油消费峰值。而届时中国石油进口量同样不足世界石油贸易量的四分之一,不足以引起国际石油市场波动,也不大可能掉入高油价陷阱。

      第三,经济全球化格局已经形成,国与国之间的经济合作日益密切。作为世界第二大经济体和最大消费市场,中国与包括美国在内的世界各国都建立了你中有我、我中有你、互利互惠的经济伙伴关系。一旦中国利益受到巨大损害或政治经济出现波动,同样会影响相关方的利益甚至影响世界政治经济的稳定与发展,这是任何一方都不愿看到的。因此,虽然国际局部摩擦不断甚至不排除小范围冲突,但和平稳定是大趋势,油气运输大通道受阻、威胁中国能源安全的概率不大。

      再从现实考虑,虽然自2014年下半年以来,我国石油进口量明显增加,去年前7个月,我国原油进口量更攀升至1.94亿吨的历史新高,成品油进口量也增长了6%,有了一定的战略石油储备。但若按2013年中国日均消耗原油139万吨计算,我国目前的战略原油储备仅供用8.9天,加上商业原油储备可用13.8天,全国原油储备静态能力总共只有22.7天,距离国际能源署设定的90天储备能力标准还相差甚远。这将真正威胁到国家能源安全。

      因此,目前不应过分担心石油对外依存度增高的问题,而应抓住国际油价相对低位、国际政治环境相对宽松、我国拥有大量外汇储备的有利时机,在搞好国家石油战略储备的同时,进一步放开原油进口管制,鼓励民营企业进口并储存原油,形成多层次的石油存储体系,以确保国内石油市场稳定供应。

      笔者:这与发展煤化工相矛盾吗?

      金涌:抓住有利时机进口油气资源、促进国内石油化工和天然气化工发展并提升国家能源安全保障能力,与发展现代煤化工并不矛盾,也不等于要暂缓现代煤化工发展。相反,我们应继续支持煤化工相关技术研究、建好示范项目。

      清洁高效转化煤 分质分级利用煤  

      笔者:您认为该怎样发展现代煤化工?

      金涌:发展煤化工要有大视野、新理念。 所谓大视野,就是用战略眼光看待煤化工尤其是现代煤化工。这其中必须明确两个概念。

      一是无论传统煤化工还是现代煤化工,都是中国为适应富煤贫油少气的资源禀赋的无奈之举。在全球尚处于油气时代的背景下,煤化工只能是石油天然气化工的补充,不可能取代石油化工或与其争夺市场。那样既不利于现代煤化工发展,也不利于油气化工发展,还会带来环境生态问题、重复建设和投资浪费。

      二要清醒认识到所谓“富煤”,只是相对于油气资源而言的,并不是说煤炭资源多得用不完。事实上,中国人均煤炭资源量仅为世界平均水平的一半,容不得肆意开发和浪费,必须备加珍惜。我们要管好煤、用好煤,科学合理地规划包括现代煤化工在内的各种煤炭利用方式和途径。

      有了上述认识,就能着眼长远,更加关注煤化工技术进步与储备技术的先进可靠性,而非急于扩大现代煤化工规模;就能用全球视野看待中国的能源安全问题,即只要中国有能力方便地进口油气资源,就应尽量进口,并控制包括现代煤化工在内的所有用煤规模;就不会再报怨国家煤化工政策忽冷忽热,而应扎实细致地做好发展现代煤化工的基础工作,为行业未来发展做好准备。

      所谓新理念,即不能人为局限于传统煤化工和现代煤化工,而应把凡是以煤为原料转换为其他产品的过程都叫煤化工。这其中既包括传统煤化工和现代煤化工,也包括IGCC、超超临界发电、碳纤维以及碳素材料、碳纤维衍生品和下游领域。比如核工业用的碳棒、航空航天领域用的高强度复合碳材、新能源汽车领域用的蓄电池等,都与煤化工产品有关。这种认识上的转变,使我们从煤制化学品这一狭窄的领域扩大到航空航天、军工、船舶、核工业、新能源汽车、高效清洁发电、城市热电联供等更广阔领域,为煤化工与相关行业跨界耦合多联产扫清认识障碍,促进行业健康可持续发展。

      笔者:您对现代煤化工还有什么详细的看法和建议?

      金涌:我认为,发展现代煤化工要以煤炭清洁高效转化为目标,以燃料向原料转变为重点,以煤炭分质分级利用为方向。要规模化发展煤制烯烃、煤制芳烃和煤制乙二醇,谨慎发展煤制气,限制煤制油。

      这是因为,相比石油和天然气,现有技术条件下煤炭再怎么转化,都没有石油天然气化工更清洁、更节能,必须瞄准能够使煤炭高效清洁转化的前沿技术进行联合攻关,才能最终打破制约煤化工健康发展的环境影响大、能耗高这一瓶颈问题。

      而从几大现代煤化工产品市场供需格局看,中国烯烃年缺口达上千万吨,芳烃及乙二醇缺口也均在数百万吨。巨大的需求和供需缺口,使这些产品暂无产能过剩之虞。且与石油路径相比,即便在目前较低的油价情况下,煤制烯烃、芳烃、乙二醇仍然具有一定的成本优势,具备规模化发展的条件。

      煤制油则不然,按热值计算,1吨油只比1吨标煤高30%。但以目前的工艺技术,4~5吨煤才能生产1吨油品,无论经济效益、能量转换效率都较低。加之生产过程还要排放大量二氧化碳,如果“十三五”期间开征碳税,同时严格加征燃油消费税,在油价中短期仍将低位运行的情况下,煤制油项目将很难盈利。因此,不应再扩大煤制油规模,而应将其作为战略性技术储备,搞几套工业化示范试验装置,由国家给予一定补贴,支持其技术优化升级,以备特殊情况发生时,能够迅速形成应有的规模,保障国家战略安全。

      退一步讲,即便要搞煤制油,也不能再搞普通的燃料油,而应搞航油、基础油、润滑油、超硬蜡等高端特色且是石油化工难以生产的油品,以增强项目的盈利能力。


      另外,若从治理雾霾及社会综合效益考虑,与发展煤制油相比,发展煤—甲醇—油品改良剂更合理。比如煤经甲醇生产聚甲氧基二甲醚(DMMn)。目前,机动车尾气对PM2.5的贡献率近三分之一,其重要原因是国产柴油的十六烷值较低、燃烧不充分。若向柴油中加入含氧的DMMn,就能显著提升柴油十六烷值和燃净率,减少颗粒物排放和PM2.5产生。

      至于煤制天然气,应坚持能进口尽量进口、谨慎发展的原则。虽然单从能源转化效率看,煤制气在几条现代煤化工路径中是比较高的,但其市场需求及项目的经济性存在较大变数。比如将煤制天然气用于工业窑炉、小型燃煤锅炉的改造,既能显著减少大气污染,整个过程能源利用率也较高,还能取得好效益;但若将煤制气用于居民燃气,居高不下的价格将很难被老百姓接受;若用于发电,其经济环保等综合效益还不如进口天然气发电,甚至比不上煤直接燃烧发电。目前,全球天然气价格步入下降通道,国产天然气与进口气价已经倒挂,煤制然气风险正在增大。

      更何况,国内已经上马或将要建设的煤制天然气项目,基本借鉴美国大平原煤气化厂所用的合成气甲烷化技术(即两步法技术)。为了从气化气中获得较多甲烷,企业普遍采用鲁奇炉,而鲁奇气炉最大的问题,就是运行过程会产生大量含酚、焦油等难处理的废水,这已成为制约煤制气项目正常运行盈利的一大瓶颈。建议新建项目眼光放远,尽可能采用先进环保的新工艺。

      比如,河北新奥集团联手美国巨点能源公司开发的煤高效催化加氢甲烷化技术,利用催化剂在加压流化气化炉中一步合成煤基天然气,其粗煤气中甲烷含量高达50%,每消耗1立方米氢气就可多产1立方米天然气。且气化炉的原料适应范围广,整个装置工艺流程简单、投资省、单位产品煤炭和氧气消耗均较两步法工艺大幅降低,生产成本也较低,经济效益与节能减排效果十分显著。

      笔者:您前面提到应将煤炭分质分级利用作为方向,理由是什么?

      金涌:第一,以煤热解为龙头的煤炭分质分级利用,先通过温和的物理方式,将煤中轻质易挥发也是附加值高的部分“拔”出来,剩余部分该怎么用还怎么用,这符合高质高用、低质低用的客观规律,已经被公认为煤炭最合理的利用路径和清洁高效利用的方向。

      第二,自上世纪80年代以来,中国的煤热解技术得到了飞速发展,成功开发了固定床、流化床,固体热载体、气体热载体,带式炉、回转窑等十几种煤热解工艺,攻克了块煤热解、粉煤热解、全煤热解、高温煤气中油尘分离、煤焦油全馏分加氢等制约煤分质利用发展的世界性难题,处理高COD、高氨氮、苯、酚、焦油、金属等煤焦油废水的关键技术目前也取得突破,工业化装置即将投入运行,从而使煤炭分质利用拥有良好的技术与产业基础。

      第三,国家科技部已将百万吨煤定向热解制高品质焦油及煤气确定为“十三五”重大科技攻关项目,要求2020年以前取得突破,建成百万吨级工业化示范装置。这表明煤炭分质分级利用得到国家层面认可,拥有了政策基础。

      第四,以煤热解为龙头的煤炭分质分级利用,在提取了包括煤焦油、煤气等轻质高附加值组分后,还能方便地与传统煤化工、现代煤化工、超超临界发电、IGCC、城市热电联供以及建材等煤的所有应用领域实现耦合,从而构筑起跨行业发展的大煤化工构架,使煤炭高效利用的途径更丰富、前景更广阔。