世界化石能源(包括煤炭、石油、天然氣)資源比較豐富，在一次能源消費結(jié)構(gòu)中占90%，是當今的主要能源。石油、天然氣儲量分別可供40年、60年的需求，非常規(guī)的油氣資源有可能進一步擴大。煤炭儲量十分豐富，且分布廣泛，探明儲量可供世界開采200年。
全球化石能源供應前景的不確定因素之一是成本、價格。技術進步和生產(chǎn)效率的提高推動著生產(chǎn)和運輸成本的降低，但廉價資源儲量枯竭等因素又導致成本和價格提高。預計從2000年一2020年，化石能源在一次能源消費結(jié)構(gòu)中，石油將從39%降至38 ，煤炭將從26%降至24%，天然氣將從23%提高至27%。
近幾十年來，化石能源在中國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占90%以上。煤炭是中國的主要能源，也是許多重要化工產(chǎn)品的主要原料。隨著中國社會經(jīng)濟持續(xù)、高速發(fā)展，近年來能源、化工產(chǎn)品的需求也出現(xiàn)較高的增長速度，煤化工在中國能源、化工領域中已占有重要地位。
中國煤化工的發(fā)展對發(fā)揮豐富的煤炭資源優(yōu)勢，補充國內(nèi)油、氣資源不足和滿足對化工產(chǎn)品的需求，保障能源安全，促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有現(xiàn)實和長遠的意義。新型煤化工在中國正面臨新的發(fā)展機遇和長遠的發(fā)展前景。煤炭焦化、煤氣化一合成氨一化肥已是中國主要的煤化工產(chǎn)業(yè)，隨著技術、經(jīng)濟的發(fā)展和市場的巨大需求，煤炭焦化、煤氣化一甲醇及下游化工產(chǎn)品等將得到快速發(fā)展;煤制油(直接液化、間接液化)技術的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化將受到關注，重點項目建設已啟動。
1 焦化工業(yè)
1.1焦化工業(yè)快速發(fā)展，中國已成為世界焦炭生產(chǎn)、消費及貿(mào)易大國
中國第一座機械化焦爐建于20世紀20年代，自50年代末開始，自主設計、建設的焦爐成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流，80年代后進人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時期。到2004年初，全國約有700多家煉焦企業(yè)，1 900多座焦爐，焦炭生產(chǎn)能力達到約170Mt/a。受鋼鐵工業(yè)快速增長的拉動，從2002年開始中國焦化工業(yè)呈現(xiàn)高速增長趨勢，2003年焦炭總產(chǎn)量178Mt，比2002年增加約20%，約占世界焦炭總產(chǎn)量的46%;國內(nèi)表觀消費約163Mt，同比增長約19%，其中鋼鐵業(yè)消費約76 ，其他行業(yè)(化工、機械制造、有色冶煉等)消費約24%;出口焦炭14. 7Mt，約占世界焦炭貿(mào)易總量的56 。圖1為1997年一2003年焦炭的產(chǎn)量、出口量變化情況。
據(jù)估算，2003年中國煉焦消耗原料精煤約237Mt,涉及洗選加工原煤約400Mt，超過當年煤炭消費總量的20%，已成為消耗原料煤數(shù)量最大的煤化工產(chǎn)業(yè)。中國已成為世界焦炭生產(chǎn)、消費及貿(mào)易第一大國。
中國的煉焦技術已進人世界先進行列，大容積焦爐(炭化室高6m)已實現(xiàn)國產(chǎn)化，大中型機械化焦爐發(fā)展很快，炭化室為4m以上的焦爐達300多座，2003年機械化焦爐生產(chǎn)的焦炭約占焦炭總產(chǎn)量的75% ;干熄焦、地面除塵站等環(huán)保技術已進入實用化階段;化學產(chǎn)品回收加強;淘汰小型焦爐、土焦及改良焦爐的工作進展顯著。
1.2 控制新焦爐建設，平穩(wěn)發(fā)展焦炭產(chǎn)
從2003年開始，新焦爐建設數(shù)量大增，建成投產(chǎn)機械化焦爐66座，新增產(chǎn)能21Mt/a。預計2004年焦炭產(chǎn)量將超過200Mt/a，國內(nèi)焦炭市場供需基本實現(xiàn)平衡。預計今后隨著加強限制和取締土焦或改良焦爐生產(chǎn)以及關閉污染嚴重的小型機械化焦爐等措施的不斷實施，焦炭產(chǎn)量的增長速度會趨于平穩(wěn)。
2004年初，中國政府通過宏觀調(diào)控，調(diào)整和減緩了鋼鐵業(yè)的發(fā)展速度，稍后(2004年5月)也加強了對新建焦爐的審批管理，預計2004年后焦炭生產(chǎn)將適應市場需求進人相對平穩(wěn)的發(fā)展狀態(tài)。穩(wěn)定原料煤資源，優(yōu)化配煤技術，提高焦炭質(zhì)量，注重煤焦油化學品的集中深加工和焦爐煤氣的有效利用，將是焦化企業(yè)發(fā)展的重要方向。
污染控制是當前焦化工業(yè)發(fā)展的迫切問題，要嚴格取消土法煉焦，建設大型焦爐替代工藝落后、污染嚴重的中小型焦爐，推動大型和新建的焦爐采用先進的污染治理技術，切實搞好環(huán)境保護。
2 煤氣化一合成氨
2.1 大、中、小型并舉，合成氨生產(chǎn)穩(wěn)定增長
中國的合成氨工業(yè)始于20世紀30年代，50年代初期生產(chǎn)能力不足6kt/a;50年代中期以引進技術為主建設了若干中型合成氨廠;60年代和70年代以國內(nèi)技術為主大力發(fā)展中、小型廠;70年代一90年代引進一批大型合成氨裝置;80年代一90年代末又對已有的大、中、小企業(yè)進行了大量技術改造[1]。
目前 ，年產(chǎn)300kt以上的大型合成氨生產(chǎn)裝置有30套，40kt/a以下的小型裝置700多套，中型裝置55套，總生產(chǎn)能力約41.60Mt/a，其中大、中、小型裝置的產(chǎn)能分別占21.6 % , 11.1 %和67.3 % 。
中國合成氨產(chǎn)量穩(wěn)步增長，1980年為14.98 Mt, 1998年達到31.69 Mt[2] ,2 0 03年達到39.24 Mt。合成氨下游產(chǎn)品主要是尿素、碳酸氫錢、硝酸錢等氮肥，總量已基本滿足國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。
2.2 煤(焦)是合成氨的主導原料
采用煤(焦)為原料的合成氨裝置是:大型裝置有2套，分別采用加壓魯奇爐和水煤漿德士古氣化爐；中型裝置有34套，小型裝置中約96%的裝置以固定床間歇煤氣化技術為主。目前，共計約有4 000多臺煤氣化爐，每年消費原料煤( 或焦炭)4 000多萬t，合成氨產(chǎn)量占總產(chǎn)量的65%左右。
中小型合成氨普遍采用的固定床間歇煤氣化技術爐型老化、技術落后、能源利用效率低、原料價格高，是急需進行技術改造的重點，如加快推廣富氧連續(xù)氣化、流化床碎煤氣化、粉煤氣流床氣化等技術。
由于石油短缺和重油、輕油漲價，以重油、輕油為原料的合成氨生產(chǎn)企業(yè)面臨尋求新的原料路線的問題，有的企業(yè)已經(jīng)在進行“油改煤”氣化技術的改造。
2.3 煤氣化一合成氨仍將是未來發(fā)展的方向
隨著農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展和提高，作為氮肥和其他復合肥料的中間產(chǎn)品，中國合成氨產(chǎn)量將穩(wěn)步增加。未來合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢是:新建大型生產(chǎn)裝備，條件較好的中小型企業(yè)采用先進的煤氣化技術進行改造和擴大生產(chǎn)能力，淘汰低水平、高能耗、低效率、高成本、污染大的小型企業(yè)。
原料選擇是中國建設合成氨一氮肥企業(yè)的重要問題，目前大型企業(yè)的技術改造方向之一是“油改煤”;未來新建大型合成氨企業(yè)，除少數(shù)靠近天然氣產(chǎn)地、原料價格較低的企業(yè)或地區(qū)外，煤炭依然是合成氨的主導原料。
在煤炭資源豐富、煤炭價格較低的地區(qū)，建設大型先進的氣流床煤氣化技術生產(chǎn)合成氨在中國已有成熟的經(jīng)驗，也有較好的市場競爭優(yōu)勢，煤氣化一合成氨仍將是未來發(fā)展的方向。
3 煤氣化一甲醇及下游產(chǎn)品
3.1 近年來煤氣化一甲醇消費量、產(chǎn)量及新增產(chǎn)能快速增長
中國甲醇工業(yè)已有40多年歷史，目前生產(chǎn)企業(yè)有200多家，總生產(chǎn)能力超過4Mt/a。甲醇生產(chǎn)規(guī)模100kt/a以上有18家，80kt/a的有6家，合計生產(chǎn)能力約占總產(chǎn)能的75%，其余為生產(chǎn)能力較小的企業(yè)。普遍存在的問題是：小型企業(yè)單套裝置生產(chǎn)能力小，工藝技術相對落后，消耗大、產(chǎn)品成本高，企業(yè)市場競爭能力較差。
近年來，受下游化工產(chǎn)品和車用代用燃料增加的拉動，甲醇產(chǎn)量及消費量快速增長。2003年甲醇產(chǎn)量約3Mt，表觀消費量約4.W t，分別比2001年增長45%和32%。由于國內(nèi)部分小規(guī)模生產(chǎn)裝置能耗大、成本高，導致開工率低，近年來甲醇進口量維持在1Mt/a以上。圖2為1998年一2003年甲醇產(chǎn)量、消費量和進口量變化情況。
以煤為原料生產(chǎn)的甲醇約占總產(chǎn)量的70%。
甲醇下游消費構(gòu)成以生產(chǎn)化工品為主，其中甲醛生產(chǎn)約占30%，汽油添加劑(MTBE)約占9%，醋酸合成約占7%，其余還有農(nóng)藥、醫(yī)藥、甲胺等，用作燃料的約占10%-15%。目前，甲醇生產(chǎn)能力正處于膨脹發(fā)展狀態(tài)，新建或擬建項目激劇增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在建、立項、完成可研的甲醇生產(chǎn)企業(yè)近20家，規(guī)模大多在100kt/a-600kt/a，若全部建成，合計可形成新增生產(chǎn)能力達約7Mt/a，其中以煤為原料的約占70%。另據(jù)報道，擬建的項目還有約7個，合計新增產(chǎn)能約3Mt/a。
3.2 未來幾年甲醇產(chǎn)能大幅增加，消費量穩(wěn)步上升，競爭將趨激烈
由于近年來甲醇新上項目較多，未來幾年生產(chǎn)能力將較大幅度地增加。減去關閉能耗高、效益差小裝置的產(chǎn)能，預計2004年底甲醇生產(chǎn)總能力將達到約5Mt/a,2005年末將超過6Mt/a。今后甲醇消費仍然以化工需求為主，需求量穩(wěn)步上升;作為汽油代用燃料，主要方式以摻燒為主，局部地區(qū)示范和發(fā)展甲醇燃料汽車，消費量均有所增加；預計2004年，甲醇表觀消費量將超過5Mt/a。
預計幾年后中國國內(nèi)甲醇生產(chǎn)、消費量將達到平衡，中國國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)間以及與進口廉價甲醇間的競爭將日趨激烈，降低生產(chǎn)成本對市場競爭顯得更為重要。
3.3 發(fā)展下游產(chǎn)品是未來甲醇業(yè)發(fā)展的重要方向
中國煤炭資源豐富，價格相對較低，在煤炭產(chǎn)區(qū)建設甲醇企業(yè)生產(chǎn)成本較低，關鍵在于利用先進的煤氣化、煤氣凈化和催化合成等技術，特別是利用高硫煤資源，形成較大規(guī)模的、集成先進技術為支撐的甲醇生產(chǎn)體系。
甲醇是重要的基礎化工原料，其下游產(chǎn)品有：醋酸、甲酸等有機酸類，醚、醋類各種含氧化合物，乙烯、丙烯等烯烴類，合成汽油、二甲醚等燃料類等。結(jié)合市場需求，發(fā)展國內(nèi)市場緊缺，特別是可以替代石油化工彥品的甲醇下游產(chǎn)品是未來大規(guī)模發(fā)展甲醇生產(chǎn)、提高市場競爭能力的重要方向。
3.4 甲醇脫水生產(chǎn)二甲醚
由合成氣一步法制取二甲醚的技術目前尚處在研究和開發(fā)示范階段，目前工業(yè)上主要采用甲醇脫水二步法生產(chǎn)二甲醚的工藝路線。到2002年末，中國二甲醚生產(chǎn)能力約20kt/a,產(chǎn)量約10kt/a;2003年12月，山東久泰化工科技公司投產(chǎn)30kt/a裝置，預計2004年再建成70kt/a裝置，屆時全國生產(chǎn)總能力將達到120kt/a。
作為車用發(fā)動機燃料和LPG替代品是拉動二甲醚工業(yè)發(fā)展的主要方向。目前，二甲醚作為汽車燃料的研究和試驗正在進行，因為涉及建設專門儲運系統(tǒng)和發(fā)動機改造等問題，其試驗和示范主要針對公交、出租類特殊車輛并限制在局部地區(qū)。由于目前尚缺乏運輸、儲存、燃燒等配套方法及裝備的系列標準，替代LPG作為城鎮(zhèn)民用燃料的試驗和應用在局部地區(qū)進行。
今后幾年，二甲醚工業(yè)生產(chǎn)能力將以較快的相對速度發(fā)展，需要盡快完善儲運和用戶使用方法及裝備的配套研究和建立標準體系，同時應加強對新建項目市場、規(guī)模和經(jīng)濟性對比等方面的研究論證。
4 煤直接液化與間接液化
煤直接液化、間接液化的產(chǎn)品以汽油、柴油、航煤以及石腦油、丙烯等為主，產(chǎn)品市場潛力巨大，工藝、工程技術集中度高，是中國新型煤化工技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。近年來，2種技術在研究開發(fā)和大規(guī)模工程示范方面均得到發(fā)展。
4.1 大規(guī)模工程開發(fā)是直接液化的關鍵，間接液化技術開發(fā)取得重要進展
煤直接液化于50年前已實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，新工藝研發(fā)在國外己有近30年的歷史。國外積累了從基礎工藝研究到中間試驗的大量經(jīng)驗。中國國內(nèi)研究已有20多年，2002年以來，開發(fā)成功高分散加氫液化催化劑;結(jié)合1Mt/a示范工程的工藝優(yōu)化試驗，形成“神華煤直接液化新工藝”，并作為工業(yè)示范工程的工藝基礎，正在建設的投煤量6t/d的液化裝置將對該工藝進行優(yōu)化和驗證試驗。
煤直接液化新工藝在世界上尚無商業(yè)化工廠運行實踐，因此其關鍵是通過大規(guī)模工程化開發(fā)和示范，取得建設和運行商業(yè)化工廠的經(jīng)驗，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下基礎。
煤間接液化于50年前也已有工廠運行，南非SASOL公司于1955年、1980年、1982年相繼建成投產(chǎn)了3個工廠并一直運行至今，期間不斷取得魯奇煤氣化、F-T合成等大型工業(yè)化的技術進步，目前年處理煤約4 500萬t，產(chǎn)品750萬t。
中國煤間接液化技術研發(fā)已有20多年，中科院山西煤化所2002年建成1000t/a合成油品開發(fā)裝置，經(jīng)多次運行取得了成果。充礦集團于2004年建成10kt/a裝置并投入了運行試驗。
煤間接液化大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)在國外是成熟的，引進技術建設大型工廠的風險不大。
4.2 煤液化(示范)工程取得進展
神華集團1Mt/a煤直接液化示范工程于2002年8月批準可行性研究，目前已進人建設實施階段，廠址在內(nèi)蒙鄂爾多斯市馬家塔，預計2007年建成。該工程主要特點是:設備超大型化，日處理原料煤能力達6kt，采用先進的液化工藝和新型高效液化催化劑;采用先進成熟的單元工藝技術并進行優(yōu)化組合[3]。
神華集團煤間接液化項目擬建于陜西省榆林市，一期工程產(chǎn)品產(chǎn)量3Mt/a，擬引進先進的煤氣化技術和F-T合成技術，產(chǎn)品考慮以油品(石腦油、柴油、航空煤油等)和化工品(石蠟、聚丙烯和含氧化合物等)相結(jié)合。目前，項目已經(jīng)啟動，各項準備工作全面展開。
寧夏寧煤集團以當?shù)孛禾抠Y源、水資源優(yōu)勢和電力優(yōu)勢為基礎，編制完成了《寧東能源重化工基地規(guī)劃》，其中包括大型煤炭液化項目。目前3Mt/a煤間接液化項目也在進行各項準備工作。
4.3 煤炭液化的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景
煤液化可得到質(zhì)量符合標準，含硫、氮很低的潔凈發(fā)動機燃料，不改變發(fā)動機和輸配、銷售系統(tǒng)均可直接供給用戶。
神華煤制油公司規(guī)劃煤直接液化規(guī)模為5Mt/a生產(chǎn)能力，分期建設，一期工程為3Mt/a，第一條生產(chǎn)線(先期工程)設計能力年產(chǎn)液化油1Mt;間接液化規(guī)劃規(guī)模6Mt/a，分2期建設，每期工程年產(chǎn)液化產(chǎn)品總量為3Mt/a，遠景規(guī)劃規(guī)模為15Mt/a[3]。
寧煤集團規(guī)劃煤炭液化為8Mt/a [4]。
如果目前進行的煤液化(直接液化和間接液化)項目于2010年前完成并取得成熟工程經(jīng)驗，同時結(jié)合國內(nèi)自主技術開發(fā)成果的應用，有望2010年后中國煤液化進人工業(yè)化發(fā)展階段。
5 中國煤化工發(fā)展特點及趨勢
5.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展
以往煤化工工廠的產(chǎn)品以向用戶提供終端產(chǎn)品或其他工業(yè)原料(或燃料)為主，如煤氣化一合成氨-化肥、煤焦化一焦炭等，目前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展，通過煤化工生產(chǎn)可替代石油的發(fā)動機燃料或替代燃料和化工產(chǎn)品(如乙烯、丙烯等)逐漸成為重要的產(chǎn)品方向。
5.2 大型化和采用高新技術
目前和今后較長一段時期，建設大型煤化工工廠正在成為發(fā)展趨勢，如百萬t級的煤液化工廠，300kt或以上的合成氨、甲醇工廠，炭化室高度5m以上的大型煉焦爐等。在大型工廠建設的基礎上，規(guī)劃建成大型煤化工產(chǎn)業(yè)基地，如神華煤液化、煤化工產(chǎn)業(yè)基地，寧夏寧東能源重化工基地，山東充礦煤化工基地等。在產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃中一般包括有不同煤化工單元工藝，如煤焦化、煤液化、煤基甲醇及下游產(chǎn)品等。
大型煤化工工廠或基地建設注重采用當前國內(nèi)外的新技術和新裝備，如先進粉煤氣化技術、高效催化合成技術和反應器、新型節(jié)能和環(huán)保技術等。
5.3 技術集成與煤化工聯(lián)產(chǎn)
目前隨著技術進步、市場發(fā)展和企業(yè)運行機制的變化，煤化工技術集成與聯(lián)產(chǎn)在項目規(guī)劃、設計中得到重視，如煤炭焦化與焦爐煤氣發(fā)電或制取甲醇聯(lián)產(chǎn)，煤氣化一合成氨、合成甲醇與熱電聯(lián)產(chǎn)等。煤化工聯(lián)產(chǎn)的特點是:以成熟單元技術為基礎;以提高能源和資源利用效率、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強企業(yè)經(jīng)濟競爭力、減少污染物排放為目標;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以化工產(chǎn)品或可替代石油的燃料為主、聯(lián)產(chǎn)發(fā)電為輔，生產(chǎn)的電力主要供給工廠自用。
5.4 建立煤化工生態(tài)工業(yè)是未來發(fā)展趨勢
未來煤化工的發(fā)展趨勢是:通過采用先進技術、不同工藝的集成聯(lián)產(chǎn)發(fā)展大型煤化工，形成產(chǎn)業(yè)鏈的有效延伸和綜合利用，提高資源、能源的利用效率，減少污染物排放，規(guī)�；兄卫砦廴�，達到環(huán)境友好，建立煤化工生態(tài)工業(yè)。
煤化工生態(tài)工業(yè)的含義是:將煤化工與建材、材料、發(fā)電、廢熱利用(包括種植、養(yǎng)殖等)等不同產(chǎn)業(yè)的工藝技術集成聯(lián)產(chǎn)，形成資源和能源的循環(huán)利用系統(tǒng)，使整體系統(tǒng)具有靈活、高效的調(diào)整和運行功能，同時不對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成破壞和污染。
5.5 “以煤氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”作為中長期科技戰(zhàn)略選擇
“以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”起始于美國"Vision2l能源系統(tǒng)”的概念，該系統(tǒng)以煤氣化為基礎，以氫能、電力和聯(lián)產(chǎn)化工品為產(chǎn)品方向，以實現(xiàn)CO2的隔離、埋藏或綜合利用為近零排放的環(huán)境標志，被認為是21世紀遠景發(fā)展的新型高效、潔凈煤基化工一能源系統(tǒng)。屆時，煤炭將成為潔凈的能源。
目前涉及CO2隔離、大規(guī)模燃料電池、高效氣體分離、氫能儲存等關鍵單元技術的基礎研究和技術開發(fā)已在一些國家進行，中國在一些方面也進行了初步研究、探索和現(xiàn)場試驗。
開發(fā)新型高效、潔凈煤基能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是未來能源科技的方向。
6 結(jié)語
6.1 中國未來煤化工的發(fā)展方向是在傳統(tǒng)煤化工穩(wěn)定發(fā)展的同時，加大力度發(fā)展可替代石油的潔凈能源與化工品的新型煤化工技術，并建成技術先進、大規(guī)模、多種工藝集成的新型煤化工企業(yè)或產(chǎn)業(yè)基地。
6.2 先進的催化合成技術、分離技術、生物化工技術、節(jié)能與環(huán)保技術、材料與大型工業(yè)裝備制造技術等是新型煤化工的發(fā)展基礎。在引進和吸收工業(yè)發(fā)達國家先進技術的同時，發(fā)展適合國內(nèi)需求的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術和新裝備制造能力，是實現(xiàn)跨越式技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。
6.3 目前，中國新型煤化工總體上還處于發(fā)展初期，未來20年是其技術開發(fā)、工業(yè)化建設和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要時期。
