煤化工产品的燃料利用与化工利用_煤化工及主要产品介绍
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编者按 煤化工在我国的化工产业结构中始终占据着重要位置。时至今日，我国合成氨、甲醇、PVC等大宗化工产品的生产仍以煤基为主。在高油价影响下，我国传统煤化工产品的市场竞争力显著提高。近2～3年我国兴起了煤化工热，各产煤大省纷纷抛出庞大的煤化工发展规划，投资之巨，规模之大，令人咋舌。规划中的煤化工项目，产品的目标市场主要定位在新领域化工利用和燃料应用方面。市场定位是否准确，不仅关系到项目的成败，而且也涉及到国家能源结构调整和石油安全等一系列深层次问题，作者对上述问题进行了初步的探讨。
本文旨在抛砖引玉，希望能够引起能源领域的专家、学者，政府主管部门的领导及业内人士共同关注愈演愈烈的煤化工热，尽可能减少在重大项目上的投资决策失误，保障我国的煤化工产业健康有序发展。
煤化工产品的燃料利用与化工利用（上）
煤气化生成合成气，以合成气为原料生成甲醇，将甲醇或其衍生产品二甲醚替代汽柴油作为发动机燃料或将煤直接转化成汽柴油是煤化工产品燃料利用的两条重要途径。
发展醇醚燃料缺乏政策依据
据统计，目前全国有甲醇厂150家左右，2003年底生产能力已达600万t/a，2004年为700万t/a；目前我国甲醇在建项目约600万～700万t/a，预计2005年底生产能力为867万t/a，2006年为1097万t/a，2010年将达到2000万t/a。这些新建、拟建的甲醇项目市场定位几乎都在燃料应用上。
目前国家还没有将醇醚燃料列入能源发展规划中，一些省市、企业和专家学者强烈呼吁国家针对醇醚燃料尽快立法并建立统一标准；一些地方企业还希望国家高层领导明确表态支持，为醇醚燃料的市场准入开绿灯；中国石油和化学工业协会在2004年12月的“醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会成立大会”上，为推动甲醇燃料产业化进程，启动了醇醚燃料相关标准起草编制工作，并向国家有关部门申请立项。但也有一些专家表示，甲醇汽油要经过能源多样化、节约能源、环保、市场可行性等方面的论证与试验，现在推广时机还不成熟。国家科技部支持甲醇汽油试点工作，除了在“十五”规划中给山西甲醇汽油立了两个项目之外，2004年国家火炬计划项目也将华顿高清洁甲醇汽油及其添加剂纳入其中，并且这一项目正在被纳入国家“十一五”规划。
国家发改委对甲醇汽油项目的推广持保留态度，鼓励发展再生能源，而煤是一次性能源，不是鼓励的方向。
世界上甲醇汽油到20世纪90年代后期日渐萎缩，其原因主要是甲醇有毒，在管道运输和车辆维修保养时，甲醇毒性防范难；从环保角度来看，以甲醇为动力的车辆排放的甲醛量为普通汽油车的3～6倍。甲醇的溶胀性、腐蚀性和毒性问题尚待解决。因此，美国、欧洲、日本等国家和地区均反对在汽油中添加甲醇。
2003年，山西在太原、阳泉、临汾、晋城4个城市进行甲醇汽油推广试点工作，累计消耗甲醇汽油12192t。2004年下半年在全省11个城市推广甲醇汽油，甲醇汽油的用量从2003年的1.2万t增至2004年的3万t。河南驻马店、漯河及哈尔滨等地也有类似成功经验。但现在甲醇汽油没有统一的国家标准，不可能大面积推广。
从山西多年应用甲醇汽油的经验来看，甲醇汽油存在的技术问题是可以解决的。笔者认为，国家对发展醇醚燃料迟迟不明确表态的原因除了技术、毒性、环保等问题还有待解决外，考虑更多的是能源安全和煤的高效利用问题。以煤为原料生产甲醇，根据生产工艺和装置规
模不同，综合能耗为53.8GJ～72GJ/t甲醇，而甲醇的热值为22.7GJ/t。煤的能量利用率只有32%～42%。煤中所蕴含的能量有58%～68%在转化过程中消耗掉了。
发展醇醚燃料缺乏政策依据，因此在建、拟建的甲醇项目将面临巨大的投资风险。
“煤制油”存在投资、成本、技术三大风险
煤制油是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的产业。煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。直接液化是把煤炭先磨成煤粉再与溶剂（石油馏分）配成油煤浆，然后在高温、高压和催化剂的作用下直接与氢气发生加氢裂化反应，使煤炭直接转化成液体油品。间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应分解，使煤炭全部气化成合成气（CO与H2的混合物），然后经FT合成生成液体油品或轻烃。直接法煤耗低，3t煤出1t油，但是反应条件苛刻，对设备材质要求高，而且迄今为止国内外尚未建设大规模工业化装置，投资风险较大。而间接法装置的消耗大约是5t煤制1t油，目前南非已有多套工业化装置在运行，国内也建有中试装置，投资风险相对较小。
煤制油市场潜力巨大，工艺、工程技术集中度高，是我国新型煤化工技术和产业发展的重要方向。近年来，两种技术在研究开发和大规模工程示范方面均得到发展。2004年8月25日，神华集团在内蒙古鄂尔多斯开工建设世界首套直接液化“煤制油”工业化装置。一期工程总投资245亿元，每年可生产各种油品320万t，将于2007年7月建成；二期工程将于2010年左右建成，项目总建设规模为年产各种油品500万t。
2004年10月10日，中科院与神华集团在北京举行了“铁基浆态床合成燃料技术”的合作签约仪式。铁基浆态床合成燃料技术是中科院煤化所承担的“十五”创新重大项目和国家“863”计划项目。经过两年多的努力，已经研发出高活性和高稳定性铁系催化剂、并在千吨级浆态床反应工艺和装置上完成了1500h的中试运转，正在为10万t/a工业示范装置的基础设计收集数据，已基本形成具有我国自主知识产权的集成性创新成果。
兖矿集团煤制油中试研究项目已累计投入1.3亿元，2005年1月底通过专家审查，正在申请投入工业化建设；云南开远解化集团有限公司计划2005年建成1套1万t/a煤制油工业化示范装置，2008年建成50万t/a或100万t/a煤制合成油装置；山西省准备引进荷兰或南非的成熟技术，建设50万t/a的煤制油装置。
2004年9月28日，我国与南非签署合作谅解备忘录。将分别在陕西和宁夏与南非萨索尔公司合作建设2座年产油品300万t的煤炭间接液化工厂。2005年8月初，宁夏煤业集团与南非萨索尔公司就2008年开工建设的300万t/a煤制油项目进行了新一轮的商务谈判。据统计，目前我国煤制油项目除神华集团在建的320万t/a外，规划中的项目已超过1000万t/a。
煤制油项目需巨额投入，建设1套百万吨级的煤制油装置，动辄投资数百亿元。在技术方面，国内没有运行中的工业化装置可以借鉴，直接法“煤制油”技术连国外也没有可借鉴的工业化装置。在成本方面，神华集团测算的成本价为25美元/桶，但这种价格测算依据是基于项目立项时80元/t的煤炭价格计算的，煤炭价格每上涨100元/t，煤制油的成本将随之上涨6～8美元/桶。尽管世界石油市场目前供求紧张，但总体供应是平稳的，油价下跌后，煤制油将面临成本偏高的市场风险，这也正是美国、欧洲、日本等国虽然已掌握了煤制油技术，但一直没有启动的主要原因。
煤制油涉及国家能源安全战略，国家在部署煤制油项目时，应站在能源安全的高度，把引进技术和采用国内技术放在同等重要的位置，重点扶植国内技术。中科院山西煤化所开发的FT合成催化剂主要性能指标已经达到国际先进水平，该所的煤制油中试装置也已运行多年，建设大规模工业化装置的技术条件已经成熟，应组织国内一流的化学工程公司（设计院）完成大规模工业化生产装置的工程设计，推进国内技术的产业化进程。
据国家有关部门透露，今后5～10年，我国将向多个煤炭液化新项目投资大约150亿美元，以尽快在煤炭转化和发展替代能源方面迈出实质性步伐。基于我国石油资源有限、进口依存度日益提高的国情，国家有必要从能源安全战略的高度将煤制油列入能源安全战略储备项目中。但煤制油面临投资、技术、市场等三方面的巨大风险，国家在启动煤制油项目的初期阶段应集中财力，选择不同的装置规模、工艺路线、技术来源分别建设1套工业化示范装置；待装置建成后，由专家对这些示范装置进行综合评估，选出技术经济指标最佳的煤制油工艺；再根据全球原油供应状况，审时度势，在全国范围内加以推广。在工艺技术、建设、装置运行以及国际原油市场供应状况和价格趋势尚未完全确定的情况下，如果布点过多或投入过高，将会带来巨大的金融风险。
煤化工产品的化工利用新领域包括：羰基合成醋酸、Reppe法BDO、碳酸二甲酯、MTP/MTO、生物柴油等产业，分述如下:
最具成本优势的产品——羰基合成醋酸
1970年美国孟山都公司建成世界上第一套低压甲醇羰基化工艺13.5万t/a醋酸生产装置。由于低压法的生产条件温和，收率高，成本低，确立了C1化学含氧化合物的产业优势，羰基合成醋酸成为惟一一个生产成本低于石油原料路线的大宗有机化工产品，很快被世界各地采用。
1996年上海吴泾化工公司引进英国BP公司技术建成国内首套10万t/a甲醇低压羰基合成醋酸装置后，我国的羰化法醋酸装置建设高潮至今没有平息。1997年我国自行研制的第一套低压甲醇羰基化法10万t/a醋酸装置在江苏索普集团投产，后经脱瓶颈改造，产能提高到13.5万t/a，第二套18万t/a装置已于2004年7月底投产，其总能力达到31.5万t/a，并计划进一步扩大；1998年，BP公司与中国石化集团公司四川维尼纶厂合资（扬子江乙酰化工公司）建设15万t/a低压甲醇羰基化合成醋酸装置，改成Cativa催化剂后产能提高到20万t/a，目前正在进行技术改造，到2005年底产能将达到35万t/a；吴泾化工公司的10万t/a装置几经改造，已于2003年底扩至22万t/a；山东兖矿集团的20万t/a装置2005年6月23日化工投料，已生产出合格产品；大庆石油管理局甲醇厂20万t/a醋酸项目于2004年4月开工，有望于2006年上半年竣工投产；在南京化学工业区塞拉尼斯公司投资2.3亿欧元独资建设60万t/a醋酸装置，订于2006年初建成；2005年3月15日，中石化与BP公司达成协议，合资建设50万t/a醋酸装置，计划于2007年下半年投产。
预计未来2～3年内，我国羰化法醋酸生产能力可达到240万t/a，吉化公司表示将在适当的时机关闭其21万t/a乙烯法醋酸装置。其他几套以乙烯为原料的醋酸装置也将会陆续停产。
近两年各产煤大省也纷纷将醋酸项目列入煤化工发展规划中，如河南省提出的“十一五”煤化工规划项目中醋酸规模为170万t/a，重庆为50万t/a等。
虽然醋酸是煤化工项目中最具成本优势的产品，但我国在建项目完成后已基本满足国内市场需求，建议计划建设醋酸项目的企业，认真做好市场分析，找到产品的市场定位，避免投资决策失误。
受油价影响最明显的产品——Reppe法BDO
2004年世界上以乙炔为原料生产1,4-丁二醇（BDO）所占的比率为46%，以环氧丙烷/烯丙醇为原料占22%，以正丁烷/顺酐为原料占32%。以乙炔/甲醛为原料的Reppe法BDO生产装置多为老装置，新建装置多采用正丁烷或环氧丙烷为原料。2003年我国只有山西三维1家生产BDO，四季度大量来自我国台湾、德国、日本和韩国等国家和地区的BDO成交价基本在1000美元/t以下，而山西三维的Reppe法BDO生产成本在1万元/t以上，然而到2004年年初，随着国际原油价格的不断攀升，BDO价格迅速上涨，到3月份已升到2000
美元/t以上，国内BDO的市场价格也迅速提高到1.7万～1.8万元/t，近两年，BDO国内市场价格始终在2万元/t左右徘徊。三维集团2.5万t/a装置满负荷生产，获利颇丰，2005年7月利用设备检修的机会，又将装置能力扩大到3万t/a。
我国目前在建的BDO生产装置有四川天华公司2.5万t/a，年底前投产；拟建的项目有中国蓝星（天津）5.5万t/a、美克投资集团有限公司（新疆）6万t/a、大庆油田6万t/a等。如果上述项目能按计划实施，到2008年我国可形成25万t/a BDO生产能力，除山东佳泰石化公司2001年引进Davy-Mckee技术以顺酐为原料建成的1.0万t/a装置和台湾大连化工（江苏）有限公司2004年5月以环氧丙烷/烯丙醇为原料建成的3.6万t/a装置外，其余均采用Reppe法工艺。在此期间，如果原油价格一直保持高位，Reppe法BDO产品将具有明显的市场竞争优势。
最具市场潜力的产品——碳酸二甲酯
以环氧乙（丙）烷与二氧化碳反应生成碳酸乙（丙）烯酯，碳酸乙（丙）烯酯再与甲醇进行酯交换反应生成碳酸二甲酯（DMC），同时联产乙（丙）二醇。反应过程不复杂，我国已建成万吨级工业化生产装置。以环氧乙烷水合制乙二醇为例，改成酯交换工艺后，设备投资不增加，只需增加甲醇和CO2两种原料，就能得到乙二醇产量1.4倍的DMC。2004年我国乙二醇产量95万t，采用酯交换工艺可联产DMC133万t。DMC生产成本低，市场潜力巨大，可开发的领域包括：
1． 非光气法聚碳酸酯
以DMC与苯酚反应生成碳酸二苯酯(DPC)，再与双酚A在熔融状态下进行酯交换反应，经缩聚生成聚碳酸酯(PC)是实现绿色合成PC的新工艺。华东理工大学开发的酯交换法DPC工艺路线，已达到中试阶段并已具备3000t/a放大技术。华中科技大学、浙江工业大学、中科院成都有机化学研究所也进行了大量的研究工作。中蓝晨光化工研究院以DPC为源头，开发了万吨规模光盘级产品生产技术。2004年我国PC需求量达到62.4万t，开发非光气法PC生产清洁工艺，将是未来我国PC产业的发展重点。
2． 非光气法异氰酸酯
传统MDI、TDI生产工艺都是采用了光气法，目前我国的有关单位正致力于开发经济简便的合成方法，如华东理工大学、河北工业大学、中科院兰化所等开发的DMC法生产异氰酸酯工艺简单，无污染，是一种绿色环保型工艺。该工艺一旦实现产业化，将成为DMC新的应用领域。
3． 汽油/柴油添加剂
DMC重要应用方向是作为汽柴油添加剂。DMC在提高汽油辛烷值方面十分理想（研究法和马达法调和辛烷值可以达到131和100），可作为汽油的抗爆剂替代甲基叔丁基醚。作为车用柴油燃料的添加剂，能在保持原供油系统不变的条件下，大幅度降低柴油机的碳烟排放，并能降低NOx排放，减少环境污染。2004年我国汽油产量约5200万t，柴油 1亿t，DMC作为燃油添加剂，市场前景十分广阔。
4． 其他
DMC是无毒溶剂；可替代三氯乙烷、三氯乙烯作为干洗剂、金属清洗剂、合成反应溶剂和涂料溶剂。
我国现有DMC生产企业10余家，总产能约为6.2万t/a，年产量3万t左右。2004年，DMC在油漆、涂料和胶粘剂行业中作为配比溶剂的应用研究获得成功后，当年的用量就达到1万t左右，作为干洗剂和金属清洗剂的应用正在开发中。
DMC在油品添加剂或PC等大宗产品应用领域开发成功后，至少有数百万吨的市场容量。
市场容量最大的产品—— MTP/MTO
2004年我国丙烯产量652万t，进口21万t，进口丙烯下游产品折合丙烯600万t，当量消费量1270万t。据专家测算，到2010年我国丙烯当量消费量将达到1900万t，乙烯和炼油工业的发展速度远远跟不上丙烯需求增长速度，巨大的丙烯市场缺口将长期依靠进口来填补。MTP/MTO项目的实施，可有效缓解我国丙烯及其他烯烃对国际市场的依赖程度。虽然目前世界上还没有建成达到经济规模的工业化MTP或MTO生产装置，但制约MTP/MTO产业发展的主要瓶颈不是技术问题，而是成本问题，以MTP成本核算计，3t多甲醇可生产1t丙烯，鲁奇公司认为当油价为20～25美元/桶，甲醇生产成本为60～80美元/t时，MTP才具有经济性。甲醇装置大型化及油价持续高位运行，使得建设MTP/MTO装置的可行性增大，我国已有多个MTP/MTO项目规划，能否按计划实施，很大程度上取决于甲醇与石油的市场比价。
受政策影响最大的产品——生物柴油
生物柴油是指动植物油脂与甲醇进行酯交换反应生成的脂肪酸甲酯，因生产过程中消耗甲醇，所以列入煤化工产品的下游产品中。
目前世界生物柴油年产量已超过350万t，欧盟2004年生物柴油产量为185万t，同比增长35%。到2006年中期，欧盟生物柴油产能可超过400万t/a。欧美以及亚洲一些国家和地区正大力发展生物柴油产业，预计2010年全球产能可达3000万t/a以上。
近年来，我国海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司、福建卓越新能源发展公司等民营企业以植物油下脚料、宾馆地沟油等为原料，分别建成万吨级生物柴油生产装置，年产量可达4万～5万t。与发达国家相比，我国企业规模偏小、设备简单、工艺落后，生产的生物柴油质量不稳定。
每年数万吨的产量对于以亿吨计的柴油市场来说只是杯水车薪。我国生物柴油产业要形成百万吨级甚至千万吨级的规模才能对缓解原油短缺状况、保障国家石油安全有所影响。建议有关部门尽早出台措施，制定出统一的标准和分析方法，提出扶植、鼓励发展生物柴油的产业化政策。
