我国煤炭清洁高效转化发展研究.docx

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1、一、前言能源是国民经济的命脉，当前我国能源发展形势严峻：从国际来看，经济复苏动力不足;受地缘政治等因素的影响，能源和粮食危机有所显现;从国内来看，局部地区自然灾害严重、部分地区电力需求快速增长等因素的影响，能源供需持续偏紧，能源保供任务较为艰巨。与此同时，我国油气对外依存度依然较高，原油、天然气的对外依存度分别由2017年的67.4%、38.4%增长至2021年的72%、44.9%o国家立足经济社会发展全局，强调了以煤为主的基本国情以及能源的可靠供给，因而煤炭是实现能源安全自主可控的首选。煤炭是我国的主体能源,按照绿色低碳的发展方向，对标碳达峰、碳中和（双碳）战略目标，控制总量、兜住底线，实施

2、有序减量替代，促进煤炭消费转型升级。推进煤炭清洁高效转化是实现煤炭清洁高效利用的重要途径之一。经过多年的科技攻关和升级示范，我国煤炭转化产业实现了由煤炭资源向油气燃料和化学品转化的全产业链贯通，为发挥煤炭所拥有的资源和原料双重属性优势、保障国家能源安全开辟了新途径。为了提高煤炭作为化工原料的综合利用效能，促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展，仍需加快关键核心技术攻关，积极发展煤基特种燃料、煤基生物可降解材料。文章在系统梳理我国煤炭清洁高效转化发展成就的基础上，研判煤炭清洁高效转化的产业和技术发展趋势，针对面临的挑战提出未来发展思路，以期为产业发展和管理研究提供基础参考。二、我国煤炭清洁高效

3、转化发展现状煤炭转化指采用化学方法将煤炭转化为气体、液体、固体产品或半产品，而后深加工为燃料和化工产品的工艺过程;相关技术按照工艺流程分为热解、气化、液化（直接和间接）等，按照终端产品形式分为煤制燃料、煤制化学品、相关污染物处理等。文章提及的煤炭清洁高效转化主要指以传统煤化工为基础，以煤炭清洁高效转化为目标的现代煤化工。目前，我国煤炭清洁高效转化利用取得重大进展，系列示范工程建成投产并实现商业化运行；可替代石油消耗约310ta,成为保障能源安全的战略路径之一。（一）产能和产量己具规模通过近20年发展，我国先后建成了1.08x106t/a煤直接液化、6lta煤制烯烧、4x10t/a煤间接液化等示

4、范工程，拥有自主知识产权并实现了长周期安全稳定运行。2021年，我国煤制油总产能为9.31x10“a,己成为石化烯燃重要补充的煤（甲醇）制烯煌总产能为L672l07t/a,煤制乙二醇总产能为6.75106t/a,煤制天然气总产能为6.125x1（?mao产业的发展对于缓解我国石油供应的严峻形势，实现石油化工原料替代与煤炭清洁高效利用，保障国家能源安全具有战略意义。（二）园区化、基地化格局初步形成根据国家产业规划布局，依托14个大型煤炭基地、9个大型煤电基地，构建了内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、宁夏宁东、新疆准东4个现代煤化工产业示范区，山西、河南、安徽淮南、贵州毕节、湖北荆州等散状布局点，以东部沿

5、海为外延的集约化产业发展格局。根据国家“十四五规划纲要，2021年新增了山西晋北、新疆哈密两个煤制油气基地。目前.，园区化、集群化、基地化的产业格局初步形成，多数煤炭转化项目都包含了煤炭开采、煤炭转化等上/下游关联产业，部分项目与石化、电力等行业实现多联产，进一步提高了综合效益。（三）部分地区的经济社会发展带动作用突出煤炭清洁高效转化产业具有技术密集、资金密集特征，辐射带动效应强；工业增加值是煤炭直接销售的415倍，带动了基础设施建设、工程装备设计与制造、物流配送、新材料加工等多个行业发展，增加了就业岗位和税收。以宁夏煤业4l(Ma煤间接液化示范项目为例，年总产值超过800亿元，提供就业岗位1

6、0万个；项目建成投产对增强能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用、促进地区经济社会发展具有重要意义。(四)产业技术整体达到国际先进水平以国家能源投资集团有限责任公司、中国科学院、华东理工大学、山东能源集团有限公司、陕西煤业化工集团有限责任公司等为代表的企业、科研院所和高校，在煤气化、煤直接液化、煤制烯烧、煤间接液化、煤炭分质分级利用等方面开展了众多的基础和应用研究。目前，我国掌握了具有自主知识产权的系列煤炭清洁高效转化技术，部分技术达到国际先进或领先水平，如大型煤气化技术、高温费托合成技术处于国际先进水平，煤制烯烧、煤制芳烧、低温费托合成、煤制乙二醇、煤油共炼技术处于国际领先水平，煤直接液化、

7、粉煤中低温热解及焦油轻质化技术为国际首创。产业技术的提升为增强煤炭作为化工原料的综合利用效能、全面改善煤炭清洁高效利用水平提供了关键基础。(五)关键装备国产化进程加速煤炭清洁高效转化关键装备基本实现了国产化。在气化方向，开发了多种具有自主知识产权的高效低成本煤气化技术，如华东理工大学“四喷嘴、清华大学“晋华炉、航天长征化学工程股份有限公司航天炉等，摆脱了相关技术的进口依赖。在液化方向，中国神华煤制油化工有限公司建成了世界首套煤直接液化装置并实现安全稳定和长周期运行，装备国产化率超过98%；国家能源集团宁夏煤业有限责任公司建成的煤间接液化示范工程已经达产(410三ta),其中的关键技术、设备和材

8、料的综合国产化率达到98.5%,涵盖合成油费托合成及油品加工成套技术、干煤粉气化技术、大型空分成套技术、特种泵阀、特种材料等。关键设备国产化方面的突破，保障了煤炭清洁高效利用产业链、供应链的安全稳定和经济可靠。三、煤炭清洁高效转化产业和技术发展趋势（一）煤炭清洁高效转化产业发展趋势煤炭清洁高效转化产业的发展需把握关键期、机遇期、窗口期，围绕内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、山西晋北、新疆准东、新疆哈密五大煤制油气基地的产业布局，按照生态优先、以水定产、总量控制、集聚发展的要求，促进煤化工产业的高端化、多元化、低碳化、智慧化发展。在高端化方面，聚焦国家战略和产业需求，开展关键核心技术、前沿引领技术、现代

9、工程技术、颠覆性技术攻关；围绕煤直接液化、煤间接液化、煤制化学品等主要方向开展“延链补链强链，提高煤基新材料、煤基特种燃料等高附加值产品的生产量，以降本/降耗/增效体现产业高端化发展水平。在多元化方面，积极开展产品多元化、工艺路线多元化，加快实现由单一的油品、聚烯燃产品向包括油品、煤基化学品（如烯烽、芳烧）、煤基新材料在内的多元化产品体系转变。研究和示范多元化的工艺路线，推动煤炭清洁高效转化与石油化工、新能源、生物化工的耦合应用。在低碳化方面，充分利用绿电、绿氢、绿氧以及储电、储热等多种方案，替代原料煤和燃料煤的消耗，实现产业源头减碳。积极发展低能耗碳捕集技术，利用现代煤化工COz浓度高且集中

10、度高的特点，探索COz驱油、高效合成甲醇等资源化利用技术，生产含氧化合物，实现过程减碳、产品固碳。在智慧化方面，积极探索第五代移动通信技术的产业基础应用，在新建项目中应用数字化、智能化、开放化等理念，通过智能车间、智能工厂的点式布局、工业互联网平台的“线上发力来补齐要素短板。广泛应用工业软件，实现工业生产数据的实时采集和反馈，工业生产的透明化、可视化以及决策的智能化，促进降本和增效。（二）煤炭清洁高效转化技术发展趋势从终端产品分类的角度看，未来煤炭清洁高效转化技术攻关主要围绕煤制清洁燃料、化学品及其污染物处理展开。科学延伸产业链，提升资源利用效率,实现煤炭在“生产-加工-利用过程中的充分利用，

11、追求煤炭转化污染物的近零排放。1 .煤转化制清洁燃料技术在煤气化方面，突破煤种适应性差、氧耗/水耗高、气化装备可靠性及操作弹性差的发展瓶颈，发展高可靠的煤气化关键装备及配套技术，建成大容量、高效、低水耗的煤气化示范装置。在煤制天然气方面，重点解决反应过程中放热与移热匹配难题；开发新型短流程甲烷化工艺及催化剂，实现国产催化剂的规模化应用，显著降低生产能耗与成本；注重开发劣质原料气制取合成气技术，提高富含CO2、富含甲烷和氢等原料气的利用水平。在煤液化方面，以提高系统能效、显著降低水耗、优化产品结构为目标，开展关键技术与系统集成研究。对于煤直接液化，开发高效节水液化新工艺及催化剂、温和液化工艺、煤

12、与煤焦油/重油类加氢共处理等工艺，发展高值特种油品及芳燃等的制备技术,研究液化残渣制高端碳材料、沥青等综合利用技术。（2）对于煤间接液化，开发高效、高选择性钻基/铁基费托合成新工艺及催化剂，大幅减少甲烷及CO2排放；开发超清洁航空煤油、超净柴油、高端润滑油、固液石蜡、高熔点费托蜡等产品加工技术；发展煤直接-间接液化耦合工艺，建设直接-间接一体化示范工程。在低阶煤分级分质利用方面，针对煤炭热解分级转化与联产技术难以实现长周期稳定运行等难题，研究气/固/液分离、废水处理、装备规模化稳定运行等关键共性技术；建设百万吨级煤热解及联产示范工程，形成产业化潜力突出、配置灵活可调、高油气收率的热解联产清洁燃

13、料及化学品新工艺。2 .煤制大宗及特殊化学品技术在大规模、高选择性煤制大宗含氧化合物技术方面，开发煤制乙醇技术，形成IXlO6t/a产能的工业示范；开发煤制聚甲氧基二甲醛、低碳醇等含氧清洁燃料及化学品技术，形成5lO”a产能的工业示范；突破合成气直接制低碳醇、高碳伯醇、丙烯酸的工艺及催化剂，完成工业性试验并形成整套技术。煤直接转化目标产物的选择性大于80%,过程能耗降低5%以上。在煤转化制烯燃/芳燃技术方面，开发新一代甲醇制烯燃反应器及催化剂,显著减少甲醇消耗量，实现乙烯/丙烯产品比例灵活调控，形成IXlO”/a产能的工业示范；开展甲醇制芳烧、甲醇甲苯制对二甲苯反应器及催化剂研究，形成IXIo

14、6t/a产能的煤制芳燃工业示范；突破合成气直接制烯烧、甲醇石脑油耦合制烯燃、合成气直接制芳燃等高选择性、高稳定性催化剂制备技术，开展反应器与工艺的耦合设计及开发，形成成套工艺技术。在煤转化与可再生能源制氢耦合技术方面，研窕煤转化过程与可再生能源制氢耦合工艺，发展新型复合电极材料、大规模电解装备，提高电流密度并降低制氢能耗。建立l10mh流量的可再生能源制氢与煤化工耦合全流程试验装置。开展可再生能源制氢与煤转化耦合系统稳定运行技术研究，提高系统运行的可靠性。3 .煤转化过程污染物控制技术在煤转化过程中的固废处理方面，研究固废协同制备绿色充填材料，废弃催化剂无害化、精细化处理技术，多种废盐固废协同

15、利用技术，实现固废处理的资源化、减量化、无害化。在煤转化过程中的废水处理方面，针对煤热解、固定床气化、直接液化等工艺产生的高盐、高浓度有机物废水难以处理问题，突破多环芳烧、酚等有机物脱除技术，提高废水的可生化性；开发废水污染物资源化回收-强化处理-分质回用的集成技术，建成百吨/时级废水处理及回收利用试验装置，以经济可行的方式实现煤转化废水近零排放。在煤转化过程中的粉尘、挥发性有机物等气体污染物处理方面,针对煤热解、焦化生产过程中污染源分散、种类多样、难处理等特点，重点开发挥发性有机物及颗粒物捕集净化、低氮燃烧、烟气脱硫脱硝除尘一体化等技术,开展示范推广，实现污染物的源头消减、过程消纳、末端资源

16、化、近零外排。四、我国煤炭清洁高效转化发展面临的挑战（一）水资源短缺我国煤炭清洁高效转化产业基本分布在黄河流域内的西部缺水地区，通过持续努力已在节水方面取得长足进步；煤制油水耗先进值约为6吨水/吨油，煤制烯燃水耗先进值降至20吨水/吨烯燃以下，单位国内生产总值水耗己低于西部地区产业平均值。然而，黄河流域生态保护和高质量发展成为国家战略，将在全流域加强水资源节约集约利用，实行水资源消耗总量和强度双控并以水定产。水资源评估己被列为项目环评的重要内容，将是未来煤炭清洁高效转化产业发展的硬约束。（二）碳排放约束在“双碳战略目标的背景下，碳排放成为煤炭清洁高效转化产业发展的瓶颈问题。煤炭转化的COz排放主要源至工艺过程中煤气化变换单元反应产生的高浓度Co2、热电车间产生的低浓度Co2。根据行业测算，煤间接液化制油、煤直接液化制油、煤制烯燃、煤制乙二