煤炭洁净转化新兴产业论文
时间：2022-09-20 03:36:41
煤炭洁净转化是有别于传统煤炭燃烧和转化的新领域，是充分利用煤中有机元素和无机稀缺元素，制取化工产品、燃料及相关矿物产品的新模式。煤炭洁净转化包括煤制气体和液体清洁燃料、煤制化工品，以及煤转化利用过程中的稀缺资源回收等内容，也包括融合煤炭能源功能和材料功能的耦合联产系统。从未来趋势看，煤炭的能源利用方式将随新能源和可再生能源的大力发展而逐步转变；而随着油气资源以及相关稀缺矿物资源的日益枯竭，煤炭高富含的碳、氢，以及共伴生的铝、镓、铀等稀缺矿物元素的原料功能，将会得到增强。所以，煤炭洁净转化和高效利用，是未来煤炭利用的重要方向之一。
2煤炭洁净转化可培育成为战略性新兴产业
2.1战略性新兴产业的特征分析
战略性新兴产业是以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业［1］。战略性新兴产业具有战略引领性、成长性、正外部性等特征。战略引领性是指目前产业尚处于成长初期，针对国家、行业发展的重大技术问题和需求，起到趋势引领作用；成长性是指产业具有较大成长空间和市场潜力的特性；正外部性是指产业需要经历大量的基础研发、应用技术研究和产业化示范等，对提升行业技术水平、破解国外技术垄断和降低行业整体成本，具有显著外部效应的特征［2］。
2.2煤炭洁净转化具备战略性新兴产业的特征
（1）发展煤炭洁净转化产业有利于保障我国能源安全。我国缺油、少气、富煤，2012年我国石油剩余技术可采储量33.3亿t,天然气剩余技术可采储量4.4万亿m3，煤炭查明资源储量1.4万亿t。随着经济社会发展，油气进口规模逐步增大，油气对外依存度逐步提高，2012年我国石油对外依存度达到57.8%［3］，天然气对外依存度也上升到28.9%。过高的油气对外依存度，对我国能源有效供应和国家能源安全，构成了严峻挑战。立足煤炭，发展煤炭转化产业，成为保障我国能源安全，提升国际能源话语权的重要途径，对推动国民经济社会发展和促进能源产业结构转型升级，也具有重要意义。（2）煤炭洁净转化产业基础较好，且具有较大成长空间。我国传统煤化工产业将呈萎缩趋势，以现代煤化工、煤炭共伴生稀缺资源回收为主的新型煤炭转化产业，获得快速发展，大规模产业化是煤炭洁净转化下一阶段发展的关键［4］。现代煤化工近年获得快速发展，众多核心关键技术被突破，陆续建成年产100万t级的煤直接液化、年产10万t级的煤炭间接液化、年产60万t煤制烯烃、年产10亿m3级的煤制甲烷和年产20万t的煤制乙二醇等工业示范装置，这为现代煤化工的大规模产业化发展，奠定了坚实的技术和工程基础。随着大气污染防控政策措施和国家能源结构调整政策的实施，油、气等相对清洁能源的终端利用比例将会提高，煤炭洁净转化产业发展规模潜力巨大。煤炭共伴生矿产资源有高岭土、膨润土、硫铁矿以及锗、镓、铝、铀等有益元素［5］。虽然我国在煤炭共伴生资源合理开发和综合利用方面研究起步较早，但仍以理论研究和工程试验为主，近些年逐步开展了工业化示范。如神华集团研发的粉煤灰酸法联合提取铝、镓技术，将应用于规划建设的100万t/a粉煤灰提取氧化铝示范工程。总体来说，加强煤炭共伴生资源的综合开发利用，是我国经济增长从粗放式向集约化转型的重要体现，对降低国家战略资源对外依存度，提升国家战略资源地位具有重要意义。（3）煤炭洁净转化是以重大技术突破为基础的技术密集型产业。推动煤炭清洁高效利用是未来5～10年乃至更长时间里，中国迫切需要突破的能源科技领域［6］。煤炭洁净转化是以技术创新为支撑的新兴产业，属技术密集型产业。我国煤炭洁净转化产业尚处于初级阶段，虽然在一些现代煤化工领域取得技术突破，但在工艺优化、技术集成，以及低碳、节能减排技术、低成本装备等方面，仍有较大的提升空间。构筑安全、高效、洁净、可持续的新型煤基能源系统，做好“高碳能源、低碳利用”技术的研发和推广，是今后相当长一段时期我国煤炭发展战略的重点［7］。（4）煤炭洁净转化具有良好的经济效益。煤炭洁净转化行业市场需求空间大。煤炭洁净转化产业目标产品包括燃气、液体燃料、化工产品以及相对稀缺的矿产资源，在当前我国油、气、铝等资源，对外依存度高位增长的背景下，发展煤炭洁净转化具有巨大市场空间。煤炭洁净转化工程项目经济效益相对可观。据初步统计，2012年神华集团60万t/a煤制烯烃项目营业收入达59亿元，实现利润约8.6亿元；神华集团108万t/a煤直接制油项目营业收入约60亿元，实现利润约5.8亿元；伊泰集团16万t/a煤间接制油项目营业收入约10亿元，实现利润约1.3亿元。随着我国煤炭洁净转化技术的逐步成熟，未来产业经济效益将会进一步提高。
3煤炭洁净转化产业主要发展方向和潜力
考虑我国能源产业的战略重点、市场潜力、科技驱动等因素，未来10年内我国煤炭洁净转化主要方向包括：煤制甲烷、煤制液体燃料、煤基多联产及煤共伴生铝资源的回收等［8］。通过5～8年的技术攻关和工程示范，到2020年通过产业规模化和区域集群式发展，煤炭洁净转化产业关键技术、集成技术将取得重大突破，并跻身国际先进水平，煤炭洁净转化产业成为国民经济发展的重要领域。3.1煤制甲烷随着我国城镇化、工业化进程的持续推进，传统分散、粗放式的煤炭利用带来的生态环境问题难以为继，清洁燃气成为发展重要方向。煤制甲烷是新的历史时期，减少污染排放、解决大气污染、优化能源结构，提高天然气消费占比的重要领域。截至2013年底，全国煤制气项目总计划产能达到833亿m3/a。其中，已投产产能仅27.05亿m3/a，在建产能143.95亿m3/a，前期工作项目产能662亿m3/a。预计到2020年，投产总规模达到450亿m3，产业投资总规模达到3000亿元，每年市场规模达到1000亿元/a。虽然我国获得批复的煤制甲烷项目较多，但建成并投产的不多，这主要由于煤制甲烷成本相对较高、技术仍需完善等原因。3.2煤制液体燃料煤制液体燃料重点是煤制油，煤制油包括直接液化制油和间接液化制油。目前，神华集团直接液化制油二三线工程正在开展前期方案优化研究阶段。近年，国家发改委先后核准了神华宁夏煤业集团公司的400万t/a和陕西未来能源有限公司的100万t/a间接液化制油项目。其他地区和企业也正在开展煤制油项目的规划工作。近年来，我国石油对外依存度以每年2～3个百分点的速度递增，2012年，我国原油进口2.71亿t，同比增长近1820万t，占当年表观消费增量的82%。发展煤制油具有良好的市场前景，预计到2020年，我国将形成2500万t/a的煤制油产能，作为军用、航天等特种燃料和石油替代燃料得到广泛应用。届时项目投资总规模将超过3750亿元，每年市场规模将超过1800亿元。3.3煤基多联产煤基多联产是提高系统能效、减少污染排放的重要手段，包括以煤热解-燃烧为核心、以煤气化为核心的多联产系统等模式。目前，中国开展了一系列煤基多联产关键技术和共性技术研发，建成了一批多联产示范项目和装置。包括兖矿集团建成了煤气化发电（80MW）和制甲醇（24万t/a）多联产示范项目；浙江大学提出的以煤热解气化为核心的煤炭分级转化多联产模式，已建成300MW循环流化床多联产装置等。神华集团公司利用燃煤发电、煤化工的技术和资源优势，正在规划开展“绿色煤炭”多联产系统技术研发和工程集成示范。预计到2020年，国内将形成10套左右煤基多联产系统［9］。其中煤基多联产发电装机500万～1000万kW，清洁燃料（合成天然气、液体产品）及化工品（烯烃等），每年直接或间接替代2500万t油品。预计全部项目投资总规模将超过3500亿元，每年市场规模将达到2500亿元。3.4煤共伴生铝资源回收我国查明铝土矿资源总量仅为40.8亿t，按目前开采规模测算，保障年限不足20年。随着铝土矿资源的消耗越来越多，铝土矿短缺矛盾日益突出。2012年我国进口铝矾土约3961万t，铝资源对外依存度超过50%［10］。随着我国城镇化进程的稳步推进，铝资源的需求还将逐步提高。我国准格尔煤田属铝资源高度富集煤田，煤炭资源探明储量约265亿t，煤炭燃烧后粉煤灰中氧化铝含量可达到45%～55%，相当于优质铝矾土矿品位，共伴生的氧化铝资源保有储量达30多亿t。加强煤炭共伴生的铝资源的综合回收和利用，对于弥补我国铝土矿资源的不足，保证我国铝工业安全和可持续发展，具有重要的现实意义［11］。2012年，准格尔旗高铝煤产量超过2亿t，按50%铝资源回收计算，则每年可回收氧化铝1300万t，预计总投资规模接近2000亿元，每年市场规模近500亿元。总体来说，煤炭洁净转化是煤炭全效利用的新形式，是煤炭综合利用的新阶段，是保障国家能源安全，推动能源生产和消费革命的战略途径。煤炭洁净转化具有满足国家能源战略需求、依托高新技术发展、较大的市场规模和成长速度等特征，具备培育与发展成为战略性新兴产业的条件。
4培育与发展煤炭洁净转化战略性新兴产业的建议
（1）加强科技研发支持，理顺科技创新体系。加大煤炭转化过程中的生态保持、环境保护、大气污染治理等问题研发投入，为实现煤炭的洁净转化奠定重要基础。大力建设一支我国煤炭洁净转化国际化高端人才团队，引领煤炭洁净转化产业发展。逐步构建以企业为主体、以市场为中心的科技创新体系，发挥大型企业的科研主体地位和资金投资实力，逐步形成符合新时期产业发展规模和水平要求的科研体系。（2）理顺煤炭洁净转化税收优惠和价格补贴机制。制定鼓励煤炭洁净转化的税收优惠政策。煤制天然气成本在1.5～1.6元/m3，高于国产常规气1.0～1.6元/m3的价格，低于进口管道气2.7～2.9元/m3的价格。目前煤制甲烷定价由于缺少类似煤层气、页岩气的补贴，阻碍了煤制甲烷的规模发展。建议针对煤制甲烷出台0.2～0.4元/m3的价格补贴政策，逐步建立天然气的市场价格机制，提高煤制甲烷的产业规模和市场竞争力。煤制油作为传统石油的替代产业，承担了成品油较高的消费税率和增值税，不利于新兴产业的培育与发展，建议国家相关部门研究制定减免煤制油的成品油消费税率优惠政策，确保煤制油产业健康可持续发展。（3）统筹规划和合理布局，推进产业有序发展。煤炭洁净转化项目投资规模大、税收贡献高、解决就业多，主要煤炭产业的地方政府都出台了相关产业政策。通过设置煤炭转化项目配套煤炭资源的方式吸引投资者，这容易导致企业投资重资源、轻转化的现象，从而使企业选择转化项目时避重就轻，造成地区产业发展的低端化、同质化和部分领域的产能过剩。推进煤炭洁净转化需要统筹规划、整体布局，建议加快研究制定我国《“十三五”煤炭深加工产业发展规模》，推进煤炭转化产业有序发展。（4）保障水资源的供应和提高水资源利用效率。水资源是制约煤炭洁净转化的主要因素。我国煤炭洁净转化产业区域主要集中于西北水资源相对短缺地区，建议通过工农水权置换、跨区域引水工程等方式，积极扩大煤炭转化规模空间。开发节水型转化技术潜力巨大，推进煤炭开采疏干水、洗选用水、化工用水的梯级和耦合利用，缓解水资源的制约，提高水资源的利用效率，构建煤炭转化与水资源协调发展的产业体系。（5）制定特殊煤种资源保护性开采和利用政策。应以煤质为基础发展煤炭洁净转化产业［12］。针对目前过度开采、粗放利用宝贵特殊煤种煤炭资源的情况，应在国家层面提出特色资源保护性开采和科学利用的专项规划。指导鄂尔多斯中南部神府煤田适宜直接液化煤有限度开采，且仅用于煤炭直接液化；引导榆林焦油产量较高煤用于煤炭分级转化多联产；针对准格尔煤田的高铝富镓煤，制定国家层面“煤-电-铝”一体化循环经济专题规划等。推动煤炭洁净转化产业适宜煤种的保护开采和科学利用，提高煤炭洁净转化产业的整体精细化、集约化水平。
作者：张军 单位：神华科学技术研究院有限责任公司
