受关注的煤化工“十三五”规划已经形成初稿,规划中明确提出,将提高煤炭能效,以控制煤炭行业的产量,缓解供求矛盾,并开展五类模式升级示范与创新发展。同时,将推进与石化、油气等关联产业的进一步发展,以及相关产业标准的制定。
随着煤化工“十三五”规划的出台,将倒逼煤化工产业转型升级,向质量效益型发展,依靠技术创新驱动,走出一条资源消耗少,技术含量高,质量效益好,绿色可持续发展的新路子。煤化工“十三五”规划中,将产品差异化、高端化和高附加值作为发展方向,重点延伸产业链、拓宽产品幅及开发新的煤基化学品。
煤化工产业发展环境预期分析
(1)预计“十三五”我国石化产品市场供求将趋向平衡,竞争将日趋激烈,利润空间会被大幅度挤压,短缺与暴利时代将过去,产能过剩与市场完全竞争成为新常态。
(2)由于可再生能源的快速发展和替代以及中国因经济结构调整,欧佩克、俄罗斯和美国的供应能力充足,尤其是美国原油进口量在减少。原油需求增速放缓;预计目前和今后一段时期内,世界原油将处于供大于求的状态,原油价格将保持在较低水平,对石化产业的影响将错综复杂。
(3)资源环境制约和环境保护法规的日益严苛,导致投资与成本大幅度增加,竞争力和盈利能力面临严峻挑战。
(4)创新发展,打造拳头产品,提升竞争力、盈利能力和可持续发展能力将是“十三五”发展的有效途径,而不是一味追求规模(热衷于比规模)和近期目标。
(5)投融资体制发生较大变化,产业准入实行负面清单管理方式,下放行政审批权,产业准入条件放宽,企业自主投资决策能力增强。
(6)“十三五”煤化工产业发展环境不同于以往,变数较多,面临较大的挑战,但加大研发投入,实现创新发展是企业可持续发展的前提条件。
煤化工产业发展定位
(1)实现自主技术与装备的突破。
(2)实现产业化项目稳定长周期运行突破。
(3)实现环境保护解决方案的突破。
(4)实现资源能源综合利用解决方案的突破。
煤化工产业发展前景展望
(1)煤化工产能目标:煤化工今后发展的最大制约瓶颈是环保和水资源,决定煤化工发展规模。根据环境容量和水资源承载力,确定煤炭转化量,至于各种煤化工规模,由市场决定。
(2)预计到2020年,中国MTO产能将达到1800万吨/年(30套生产装置),约占烯烃总产能(7560万吨/年)的24%。
(3)煤制乙二醇产能达到600万吨/年(20~30套装置),约占乙二醇消费量(1750万吨)的34%。
(4)煤制天然气产能达到120亿立方米/年,约占天然气消费量(3300亿立方米)的4%。煤制油产能达到1400万吨/年左右(6套装置),约占成品油消费量(34800万吨)的4%。
(5)中国拥有世界上最大的石化产品市场规模,且仍然处于成长过程中。
(6)尽管中国市场蛋糕很大,但要分得一杯羹并获取较好的受益,必须拥有较强的创新能力和竞争力。
(7)煤化工已开始在石化产品市场中占有一席之地,且显示出较强竞争力和发展势头。
(8)由于天然气价格过高,天然气化工产品正在转向煤炭路线,焦炉气化工因焦碳市场低迷,其下游产品生产受到较大影响;
(9)石油路线仍将占据石化产业主导地位,尤其是在资源环境约束日益加剧、原油市场供大于求、油价持续低迷的形势下,更是如此。
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煤化工创新发展思路简述
(1)人工光化学合成制氢技术:以水、太阳能和光催化剂为原料生产氢气和氧气,与CO2结合生产能源化工产品。
(2)电转气技术(P2G):利用富余的风电和太阳能发电。通过电解水技术制氢,进一步生产甲烷、氢能,也可与CO2结合生产其他能源化工产品,实现电力的储存。未来风电和太阳能发电价格分别为0.293元/kwh和0.252-0.315元/kwh ,成本大幅度降低,为P2G和电解水制氢奠定成本基础;
(3)二氧化碳转化催化剂,将CO2转化为一氧化碳和氧气。美国加利福尼亚大学伯克利分校正在开发多孔固体材料(COF)催化剂,提高CO2转化效率。
(4)TiO2光催化分解水制氢技术:目前TiO2是光催化剂最具应用前景的光解水制氢材料,无氟离子电解液可望成为阳极氧化法制备TiO2纳米管发展的第4代。
(5)羰基合成:NPG、TMP、IPA2-PH、MDI、TDI、HDI、“三丙”(丙醛、丙醇、丙酸)、α-MMA、PMMA。
(6)氢气下游:MIBK 、CHDM、PETG、H2O2、HPPO、PPG、BDO、CPL、HAD、己二腈、PA6、油品加氢。
(7)NH3/尿素:三聚氰胺、DMC、PC、丙烯腈。
(8)甲烷制烯烃( BASF 联产甲烷利用,除LNG)。
(9)联合法己内酰胺/己二胺技术(主要原料:天然气、合成氨、丁二烯、H2),向下游延伸尼龙塑料、帘子线、纤维、薄膜等;无副产,高附加值。
(10)ExSyM SM(主要原料:甲醇、甲苯),向下游延伸聚苯乙烯、ABS、SAN树脂、K树脂、SBS等。
(11)费托合成合成高端化学品:液体石蜡、基础油、白油、α-烯烃共聚单体、烷基苯和氯化石蜡等。
(12)液体石蜡:重要的化工原料,可制得一系列化工产品-烷基苯、氯化石蜡、农药乳化剂、可降解合成洗涤剂、增塑剂、化肥添加剂等。
(13)烷基苯:主要原料为液蜡和苯,产品主要用于生产表面活性剂之外(用于合成洗涤剂、润滑油、润滑油添加剂、油田化学品和香料等领域。
(14)重烷基苯磺酸盐:是优良的油田化学品,主要用作三次采油中的驱油剂、泥浆添加剂和破乳剂等。
(15)白油:具有良好的氧化安定性,化学稳定性,光安定性,无色、无味,不腐蚀纤维纺织物;工业白油主要用于化纤、铝材加工、橡胶增塑、纺织机械、精密仪器润滑以及压缩机密封用油;化妆品级白油主要用做化妆品工业原料,制做发乳、发油、唇膏、护肤脂等;食品级白油适用于食品上光、防粘、脱膜、消泡、密封和抛光等。
(16)α-烯烃共聚单体:主要是丁烯-1、戊烯-1、己烯-1和辛烯- 1等,主要用作聚烯烃树脂共聚单体,提高产品性能和附加值,增加品种。
(17)CO2制碳酸二甲酯(DMC):以二氧化碳和EO(PO)为原料,生产碳酸二甲酯,用于涂料溶剂、农药、医药、电子化学品和非光PC树脂、非光异氰酸酯(MDI、TDI、HDI)等领域。DMC还可用作抗爆剂和甲基叔丁基醚的替代品等领域,国内已有成熟技术和工业化生产装置。
(18)碳酸二苯酯(DPC):由苯酚和碳酸二甲酯进行酯交换反应制得。反应压力为常压,反应温度为100-250℃,首先是苯酚和DMC发生酯交换反应生成碳酸苯甲酯(MPC),MPC再发生歧化反应生成DPC。
(19)醋酐路线DPC:由醋酐和苯酚反应生成醋酸苯酯,醋酸苯酯再与碳酸二甲酯进行酯交换反应生成碳酸二苯酯。实验室数据为:醋酸苯酯产率>95%,碳酸二甲酯转化率95%以上,碳酸二苯酯收率95%以上;DPC纯度99.5%以上,达到聚碳酸酯的合成要求。
(20)2-丙基庚醇( 2-PH):正丁烯在专用催化剂存在下与CO进行羰基合成反应,生成戊醛,戊醛进一步缩合加氢得到2-丙基庚醇。2-丙基庚醇主要用于生产特种增塑剂。邻苯二甲酸二庚酯(DPHP)与DOP相比,用其加工的PVC塑料制品具有更好的耐热性、低挥发性、毒性小、耐油性、耐水性和不黏性,在塑料玩具和食品包装材料方面具有很好的市场前景。2-丙基庚醇与环氧乙烷反应可生产烷氧基表面活性剂,作为合成洗涤剂活性组份。神华包头MTO项目和陕西蒲城MTO项目的碳四利用都规划建设2-丙基庚醇项目,已同英国DAVY签署合同。
(21)异壬醇( INA):正丁烯二聚得到辛烯,辛烯与CO进行羰基合成反应,生成异壬醛,异壬醛进一步加氢得到异壬醇;主要专利商有埃克森技术、Oxeno工艺、Johnson Matthey工艺和台湾南亚塑胶等。异壬醇应用领域:PVC塑料增塑剂(DINP )。国际玩具业协会认为PVC玩具常用增塑剂DINP对儿童没有危险。DINP具有较好的抗老化性、抗迁移性、抗萃取性和耐高温性能,广泛用于各类软质PVC制品。如电线电缆、薄膜、PVC皮革、玩具、鞋材、封边条和护套等。2010年我国DINP进口量达到10万吨。茂名石化乙烯发展增效项目中包括16万吨/年异壬醇装置(含8万吨/年MTBE装置)。
(22)煤基多元醇:甲醇→ MTO/MTP →丙烯羰基合成→正丁醛/异丁醛。
(23)正丁醛+甲醛→ 三羟甲基丙烷(TMP):用于醇酸树脂涂料、聚氨酯涂料、泡沫塑料、印刷油墨、高级润滑油、松香酯和炸药、光聚合型感光树脂、表面活性剂等领域。
(24)异丁醛+甲醛→ 新戊二醇(NPG):主要用于生产粉末涂料用聚酯树脂、聚氨酯泡沫塑料、弹性体增塑剂高级润滑油添加剂等。
(25)甲醛+乙醛→ 季戊四醇(PER):精细化工中间体,广泛用于醇酸树脂涂料、航空润滑油、聚氨酯起始剂、PVC热稳定剂、增塑剂、防火剂以及涂料、油墨等方面。
(26)生物基石化产品-BIO-X技术:丁二酸、醋酸、丙烯酸、己二酸、异丁烯、异戊二烯、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、甲乙酮、对二甲苯等。
(27)生物炼制产品:生物柴油、生物烷烃溶剂、纤维素乙醇、高辛烷值调和组分(异丁烯)等。
(28)生物降解塑料:PBS、CO2塑料(PPC)、生物PET、生物PE、聚乳酸、尼龙、聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。
(29)煤基化学品技术:煤制烯烃、煤制芳烃、煤制乙二醇等。
(30)天然气转化技术:甲烷直接制烯烃、甲烷直接制芳烃。
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“十三五”规划之煤化工:新政或倒逼煤化工产业升级
(31)碳三、四馏分加工技术。
(32)脱氢技术和异构技术。
(33)非光路线技术:非光聚碳酸酯、非光异氰酸酯(MDI、TDI、HDI等)。
(34)新材料:3D打印材料、超材料、电池材料、显示材料、石墨烯、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维和阻燃纤维等。
(35)特种工程塑料:改性聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、尼龙、尼龙612、PPA、PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PEN、PSF、聚砜和PCT等。
(36)热塑性复合材料和热塑性弹性体:利用煤制烯烃生产的聚乙烯、聚丙烯树脂资源,建设塑料加工园区,生产改性塑料,用于汽车塑料制品(保险杠、仪表板、车灯、车窗玻璃、内饰等)、包装材料(BOPP、BOPET)、电子电器零部件、建筑材料等。
汽车用热塑性塑料品种,PP的用量呈明显上升趋势,例如改性PP保险杠已取代了PC/PBT保险杠,改性PP仪表板取代了PC/ABS仪表板,而ABS、PVC的用量则有所下降。目前世界范围每辆轿车中PP及改性PP的用量在60~90kg;
目前,生产改性塑料的跨国企业主要有美国的PolyOne、GE、杜邦和道化学,德国的巴斯夫、赫斯特和拜尔,日本的旭化成、大科能、新日铁、东丽和三菱,韩国的三星、LG、锦湖、现代,法国的ATO 以及荷兰的帝斯曼等,上述跨国企业具备较强的研发及生产一体化优势。
国内生产塑料改性材料的企业主要有:金发科技、广东聚赛龙、浙江俊尔、广东银禧、山东道恩、广州花都科苑、北京聚菱燕、上海普利特、哈尔滨鑫达、南京聚隆、山东道恩等。
十三五升级离不开创新
“十二五”期间,我国提出了煤化工产业升级示范的发展思路,主要在技术装备水平、煤耗、水耗、污染物排放等方面提出了更加严格的要求,陆续同意20多个升级示范项目开展前期工作。但由于多种因素,“十二五”升级示范项目推进缓慢,大多要推迟到“十三五”时期启动建设。
“十三五”时期是我国现代煤化工由产业化示范向产业化发展的过渡时期,也是提高全行业技术水平和经济效益的关键时期,创新是这一时期产业发展的关键。通过技术、产业组织、产业布局、管理模式等方面的创新,煤化工作为煤炭清洁高效利用的重要途径,有望走出一条光明大道。
一是技术创新不能停步。我国煤化工在产业化技术方面已经走在世界前列,创造了独特的煤炭清洁转化利用模式,并具有相当的国际竞争力。比如煤制氮肥在2001年我国加入WTO时还被列为需要采取关税配额措施保护的弱势产业,经过10多年发展,这个产业不仅没被冲垮,反而大量出口,中国已成为世界第一大尿素出口国,这都源于行业不断的技术创新和降本增效、提高竞争力。这样的例子还有很多。
目前,我国煤化工行业已具有一定的规模,在直接液化、煤气化、气体净化、产品合成(油品、甲醇、氨、乙二醇、二甲醚等)、产品加工、副产回收、公用配套等领域已形成了一系列技术成果,具备了持续创新的基础。“十三五”时期应依托示范项目,推进技术升级和技术完善,形成一批煤化工核心创新成果。
二是要重视产业组织模式的创新突破。煤化工发展目标是为了实现煤炭的清洁高效利用,其产品不仅局限于化学品,产业也不应仅定位在化工行业,还可以涉及煤炭、油气、石化、电力、建材、冶金、农业等方面。比如用煤制氢作为炼厂氢源,会降低炼油厂成本,提高油品质量;集中建设洁净煤煤气化岛替代建材行业的分散燃煤,可以大幅降低建材行业的大气污染;煤气化低成本合成气用于直接还原铁,可带动钢铁行业用煤方式的变革;在大型煤化工基地内建设联产IGCC的发电装置,可实现较低成本的洁净煤燃机发电,逐步带动我国发电方式的变革;煤制烯烃、盐湖资源开发与PVC产业结合,可降低PVC能耗;煤化工的高浓度二氧化碳用于驱油、驱气、绿藻养殖等产业,可带动油气资源开发和沙漠治理。因此,集约化建设大型煤化工基地,有利于实现煤化工产业模式创新。
三是产业布局的创新不能偏废。要吸收石化产业和传统煤化工产业布局的经验和教训,创新布局模式,实现集约化布局、高水平发展。要立足长远规划,避免出现现有石化园区与城市发展的矛盾,预防产业发展过程中出现的安全、环保困境。在煤、水、产品运输、产业拓展等条件较好的地区规划布局一批国家级的煤化工基地,为今后几十年的发展留下足够的空间。
四是产业管理模式创新要有作为。国家目前对煤化工建设项目实行严格的核准制度,项目前期工作时间长,企业耗费的精力多,但对项目实施过程中和建成后的监管不足。今后随着审批体制的改革,煤化工的发展也将逐渐过渡到“简化审批、严格监管”的阶段。
从国家层面上讲,对于属于煤炭清洁高效转化的煤化工总规模不应设限,在煤炭的消费量中,清洁转化的比例越高,则越有利于减少煤炭消费总量和减少污染。煤化工规模主要受限于当地环境容量、水资源等区域性指标,是区域条件的限制,而我国每个区域的配套条件千差万别,一定要具体区域具体对待。
国家对煤化工项目核准时,应重点关注项目是否符合产业政策、建设地区是否具备环境容量条件、是否有重大社会影响、是否达到各项设定标准等,而对技术路线、经济效益等不再作为关注重点。项目核准应该理解为政府允许干,但是具体何时干、怎么干、如何分期实施等,应赋予企业自主决定权。因此,“十三五”期间,国家可以多核准一些项目,鼓励企业多开展一些研究和探索等方面的创新。
(刘延伟 石油和化学工业规划院副总工程师)
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原标题:煤化工创新路在何方?