盘点2024|煤炭原料化发展方向与趋势

2024年9月，国家多部门联合印发《关于加强煤炭清洁高效利用的意见》，从煤炭开发、生产、储运、使用四个方面部署了15项重点任务和具体措施。特别强调构建多元高效的煤炭使用体系，有序发展煤炭原料化利用，加强煤基新材料应用创新，加快煤制油气战略基地建设和产能、技术储备，打造低碳循环的煤炭高效转化产业链。推进煤炭分质分级利用，完善商品煤质量标准，鼓励优质煤炭进口，加强全流程煤炭质量监管，加快推进富油煤等稀缺特殊煤种保护性开发和高值化利用。

煤炭清洁高效利用是煤炭行业发展的必由之路，是系统推动煤炭全过程、全生命周期绿色低碳发展的关键举措，是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑。

煤炭原料化发展，是煤炭清洁高效利用的重要方式，是煤炭行业绿色低碳发展的重要模式，是煤炭产品高端化和多元化的重要途径。

煤炭作为原料用于化工生产由来已久，主要是利用煤炭里面的碳和氢。众所周知，电解水可以制氢，但由于电价高昂，水制氢的成本一直难以被工业生产所承受。虽然煤炭所含氢的比例并不高，但仍然是目前工业化生产最经济的氢源。

而近年我国发展现代煤化工，其本质是由我国“富煤、贫油、少气”的资源特点决定的。一方面要保障能源安全，减少油气的对外依存度；另一方面则是调整煤炭产品和产业结构，拓展煤炭应用领域，增加附加值。

但一个产业的发展归根到底要建立在自身的竞争力上，不能依赖国家长期的政策扶持。

2023年国内现代煤化工产业效益大幅下降，煤制油利润同比下降52.7%，煤制气利润同比下降39%，煤制烯烃利润同比下降82.4%，煤制乙二醇行业继连年亏损后继续亏18.7亿元。

遇到的新困境既有原料煤炭价格高位、电价高位的因素，更有产品结构雷同、差异化和高端化不够的问题。煤制乙二醇和煤制烯烃甚至存在与石油化工产品型号同质化竞争，以及与炼化一体化、轻烃制烯烃等不同原料路线的国际化竞争。

2024年虽然偶有现代煤化工的新项目投产，但总体产能没有大幅的增长。现代煤化工经过前几年的示范建设，取得了较大和较快的发展。但是最近几年，现代煤化工产业化发展迟滞不前，增长缓慢。其最大的问题和挑战就是经济性与碳排放，以及环保政策的严苛要求，企业普遍缺乏经济效益，行业内外投资欲望不强。

表面上看，现代煤化工经济性不佳是由于国际油价低迷而国内煤价高企，但根本的原因和问题是其工艺路线和技术特性决定的。一是先要将煤通过气化工艺成为一氧化碳和氢，而气化设备投资大、能耗高；二是由于煤中的碳氢比太低，要通过变换工艺增加氢，不仅要增加投资和能耗，还要产生大量的二氧化碳；三是后续还要经过一系列复杂的化合反应，设备投资大、能耗高，还要大量的催化剂等；除此之外，三废处理也成本高昂。

相对于石化产品，现代煤化工项目的整体和单位产能投资都过大，投资回报周期过长，运行成本过高，与国内外的石化产品相比严重缺乏竞争力。

目前现代煤化工最大的问题就是盈利性不佳。发展现代煤化工的意义和目标就是替代油基产品，因此不可避免要与石化产品正面竞争。现代煤化工相对石化产品，虽然具有原料保障的优势，但在成本、品质、碳排放强度、水耗等方面的竞争力普遍不足。而且“十四五”期间我国石化产能还在不断释放，丙烯和乙二醇市场已经饱和，乙烯即将饱和，煤化工行业有可能面临更加严峻的局面，现代煤化工产品竞争力更显不足。

基于我国目前能源结构和经济发展的特点，煤炭在化工领域的作用短时间还难以被替代。下一步发展现代煤化工还应当坚定不移，但必须要进行本质的变革，甚至重新开发新的工艺与技术。一是开发类似直接液化的“直接法”工艺，缩减中间工序，一步制取终端产品；二是尽量利用“弃风弃光”来制取绿氢，争取最低的成本；三是将变换工段产生的二氧化碳作为原料继续生产化学品，既减排又创收。同时还要进一步加强节能减排，缩减中间工艺环节，提高管理运营水平，用最新技术提质改造，延伸产业链，降低单位产能和整体投资，提升和增强产品竞争力。

现代煤化工未来最有可能大幅发展的应该是煤制气，由于国家网管的公共化使用，煤制气已经不受入网价格的限制，只要控制好自身成本，完全可以实现盈利。

现代煤化工原来发展的思路都是把项目布局在煤炭产地，最主要的优势就是煤炭价格低廉。但除此之外，在用水、环保、综合利用、运输、就近市场、人才等诸方面都处劣势。

因此，今后应考虑在东中部有条件的省份，利用自产煤炭或煤炭通道的富留煤炭，在省内自建煤制气项目，仅满足省内自用，不跨省外输和外省销售。而且中东部地区水资源相对丰富，废渣也便于利用，既能满足用气需要减少外依，又能产生综合经济效益。

氢作为化工原料一直在被使用，只是近年随着碳减排的提出，氢作为独立清洁低碳能源日趋受到重视，并被寄予厚望。

自然界中虽然氢元素很多，但地球上可直接利用的氢单体极少。氢元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，需要通过制氢技术进行“提取”，这样的氢能是二次甚至三次能源，所以氢能绝不是人类的终极能源。

我国目前氢气来源主要以化石燃料制氢为主，煤制氢用作化工原料，其技术和应用已经非常成熟，成本相对最低。但由于同时产生大量的二氧化碳，所以被称之为“灰氢”或“蓝氢”。“绿氢”指的是使用可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能、生物质能等）电解水制取的氢气，其在生产过程中无碳排放。

现在二氧化碳产业化利用的技术和实践突飞猛进，有些已建成工业示范项目。一旦二氧化碳制化学品完全产业化，煤制氢将不再排放二氧化碳，这时煤制氢即成为百分百的“绿氢”，且产生的二氧化碳还将成为副产品创造利润。

届时，如果“绿电”制氢不能解决现有技术问题和大幅降低成本，其产业将很难发展，更难替代煤制氢。即便将来能够替代，也只是制氢方式的转换，对于氢消费的总量并无促进。

目前氢应用最主要和成熟的工业领域就是化工，但化工用氢本质上是作为原料，而不是能源。类似于原料用煤和燃料用煤，在相关政策和考核上都应该加以区分。

而化工和石化行业总体规模与市场需求已基本稳定，未来的需求和发展规模很难有大的增加，因此化工用氢并不会带来氢产业自身的大幅增长。

氢另外还有一个较大的用途，就是用于储能。最大的场景应该是把风光“弃电”先制成氢储存起来，然后再待机利用。这里最大的问题是能源转化率和成本，同时风光发电端的氢并没有太大的消费领域和使用量，而用量大的消费端距离都太远。

氢作为能源，目前寄予最大增量的利用应该是氢燃料电池汽车。不过氢能汽车本质上还是电动汽车，无非就是用氢燃料电池代替蓄电池。

氢能从制取端算起，要经过多次能源形式的转化，也就是通过各种方式先转化为电，再由电转化为氢，氢本质就是作为电的载体来传输电，然后再由燃料电池把氢转化为电。这样经过多次转换之后，再刨去运输、储存、加注等所需的耗能，最后能真正被使用的能源及利用率所剩无几。

纯电动汽车蓄电池充电时间长和续航时间短的缺点，对于公交车而言并无问题。因为市内公交车运营里程有限，而且载重量大，就算多装几个蓄电池也并不明显；而且晚上都停在公交场站，在场站装几个充电桩充电，场地和充电时间都足够。相反，若用氢能则受限极大，因为不可能每个场站都建加氢站，也不可能让公交车去社会上的加氢站排队加氢。而且储氢压力大、易燃爆的氢气瓶用在人数众多的公交车上，也是危险极大的因素。

长途车和载重汽车使用氢能，只要成本划算是可行的。但加氢将是大问题，毕竟长途车和载重车大都在野外或偏僻处，建加氢站的投资成本和回报恐怕很难承受。

家用轿车被认为是氢燃料电池汽车最大的应用领域，但地下车库是相对封闭的空间，一旦由于种种原因泄露则很容易引起连锁爆炸。如果像现在电动自行车严禁入楼一样，氢燃料汽车不被允许停放地下车库，则在城市中很难推广。

目前“绿氢”的应用除了成本外，还有个最大问题是制氢地无法消纳，而远距离市场又面临运输困难的问题。氢的运输在技术上还有很大瓶颈，用现有材质的管道会产生“氢脆”现象；若与现有天然气管道混运，比例很低，后期分离又增加成本。若用高压管束汽运，目前的有效载荷只占整车重量的2%左右，运输效能极低，经济半径仅200千米左右，大中城市周边这么近的距离内不可能建厂制氢；若用液氢方式，则需要零下253℃的环境，在运输工具上很难实现如此低的温度。

氢能产业的未来发展其实是建立在蓄电池技术瓶颈无法突破的假设上。蓄电池电动汽车虽然目前存在续航力短、充电时间长等问题，但除此之外，发电、输电、充电本身都非常成熟，其突破比较单一，其实只要做到蓄电池小型化即可。

而氢能在制、运、储、注、用上基本都是起步状态，需要突破的技术节点众多，全部成熟产业化的时间难以预料。如果其中的某个环节不能同时达到产业化，必然产生“木桶效应”，使得整个产业链都不能顺利运转。如果在这个过程中蓄电池取得本质突破，那么氢燃料电池也就失去了发展的意义和所谓优势。

目前看，氢能所谓动辄“万亿”的规模，并没有很确定的大幅增长的消费应用领域。在现有技术条件和成本约束下，也并无可确定的发展前景，基本都是建立在假设和预期的基础上。除非绿氢成本大幅下降或收取高额碳税，否则煤制氢作为氢源在现有技术和成本条件下，短期内很难被取代。

氢能将来发展的可能应该是可控核聚变完全商业化之后，利用便宜的电在氢能使用地就近制取，根据实际使用发展分布式氢能源。

工业领域有可能带来氢使用巨幅增长的，应该是冶金行业用氢替代焦炭。现在每年的焦炭消费量近5亿吨，这个潜在应用无疑是巨大的。但这里的氢主要是作为还原剂，还是原料属性。而且工业用氢都是现用现制，不会带来运氢、储氢、加氢等产业的增长。如果届时煤制氢成为了“绿氢”，其仍然是制取氢的最优方式，只不过是可以用其他更便宜的煤种替代了焦煤。

目前有多种氢冶金技术路线，其各有特点，减碳程度也不尽相同，但都还需要进一步完善和成熟。我国钢铁企业在氢冶金领域积极探索，多技术路线并行发展，已具备大规模转型的技术和产业基础。

“绿氢”在氢冶金领域的大规模应用，还需要解决成本和储运问题。目前来看主要有两种方式：一种是在“绿氢”项目基础上耦合氢冶金项目；另一种是通过输氢管道将“绿氢”项目与钢铁企业连通。“绿氢”耦合氢冶金模式是理论上的最佳选择，但仅适合有低成本可再生能源电力的新建项目，很难适合原有的钢铁项目改造。

“绿色氨醇”目前大多指的是用“绿氢”制取的氨和甲醇。绿氢氨醇的核心就是制“绿氢”，氢在氨和醇的成本占比分别在70%到80%。

这里最大的问题还是成本，主要就是风、光电的成本和制氢的工艺成本。所谓的风光发电很便宜，但实际上风光发电成本和用电成本绝不是一回事。同时，“绿氢”、绿氨、绿醇的生产与消纳及运输问题还是瓶颈；波动性氢供给合成氨醇，技术不成熟，目前市场上的电解槽低负载，都是稳定在某个低负荷下运行，而不能无规律地波动性运行；绿色氢醇氨的绿色溢价能持续多久，随着产能的上升，价格又会怎么样都是问题。

绿色甲醇目前的最大需求来自于船舶燃料。2050年全球航运行业要实现净零排放，这个过程中会有大量绿色燃料需要供应到市场来解决行业脱碳问题。但所谓绿色甲醇在作为燃料的燃烧过程中还是排放二氧化碳和水，只是在生产过程中尽量不排碳。从制备技术路径来看，绿色甲醇的制备方式可以分为绿电制甲醇和生物质制甲醇两种，不过关于绿色甲醇，目前并没有统一的标准。目前绿色甲醇的成本还很高，而热值却远低于油品。

氨气可以直接作为燃料燃烧，也可以裂解转化回氢气。这些工艺目前都很成熟。一些船舶已经开始使用氨作为燃料。但是氨气运输也存在泄漏的风险，对气候的影响大为不利。氨气燃烧产生的一氧化二氮（N₂O）升温能力远大于二氧化碳。同时，氨还存在一定的泄漏率，尽管能通过新技术控制，但无法彻底消除。N₂O排放和氨泄漏会抵消氢能源的环保效益，甚至可能比煤炭等化石燃料对气候的影响还要大。

未来的绿氨和绿醇，最终还是要走向大宗化工贸易，既需要技术的不断进步，也需要足够的价格竞争力。

煤基新材料是指以煤炭为基础原料，经过化学加工后得到的新型功能材料，其应用领域非常广泛，包括塑料、染料、橡胶、纺织品、润滑剂、电极、导电材料等化工产品。

煤基新材料不仅在工业上有广泛应用，还在日常生活中扮演重要角色。此外，煤基新材料在治理“白色污染”方面也有显著作用，如可降解材料的应用等。

煤基新材料具有高强度、高硬度，以及耐酸碱腐蚀性强、耐高温性能好等一系列优异物理化学性能，可以应用于更为严苛的环境中，适用于高强度、高磨损、高温等条件下的领域。同时，其具有使用寿命长、使用成本低等诸多优点。

煤基新材料技术符合新质生产力的发展需要，可以作为煤炭行业未来发展的抓手之一。煤炭行业可以与新能源、化工、装备制造等产业融合，发展煤基新材料、煤基化学品等新兴产业，推动煤炭行业向高端化、多元化、智能化方向发展。随着技术不断提高和产业链的不断完善，煤基新材料有望成为我国新型材料产业中的重要组成部分。

但煤基材料普遍体量都不大，超过百万吨级的产品不多，很难带动煤炭行业的整体转型与发展。同时，其高端技术受制于人，低端产品又难免同质化竞争。

煤炭在开采过程中除了耗电外，基本不直接产生二氧化碳。而在使用过程中二氧化碳的产生主要来自直接燃烧和煤化工中的变换工艺。

煤化工的本质就是利用煤炭里的碳和氢，先通过气化工艺将煤分解为一氧化碳和氢，然后再由一氧化碳和氢根据不同反应条件，生成各类产品。但煤中的氢含量很低，达不到后续合成工艺所需要的碳氢比，所以要用富裕的一氧化碳与水反应，生成二氧化碳和氢，这样虽然满足了氢的需要，但也产生了大量的二氧化碳。目前最直接的处理方法就是将二氧化碳填埋，但成本太高，而且还需要一直监控。理论上讲，如果监控用的能耗和电不是绿色的，那么其监控过程也在排放二氧化碳，甚至总有一天其排放的二氧化碳将超过填埋的二氧化碳。也就是说，这样的方式除了成本高昂之外，对二氧化碳减排并无意义。

因此，对于二氧化碳最好的处理方式就是产业化利用，即作为原料制成产品，这样不仅解决了碳排放，还能创造效益。

其实，二氧化碳一直在被使用，只是用量都太小，不足以消耗掉这么多的二氧化碳。

从原理上讲，用二氧化碳代替一氧化碳是没有问题的，只不过原来没有必要，也就没人来研发。但现在二氧化碳的原料化利用技术层出不穷，进展迅猛，很多已经开始建设示范项目，因此二氧化碳的产业化将指日可待。

煤炭直接燃烧产生的二氧化碳虽然量大，但捕集困难，处理成本太大；而煤化工产生的二氧化碳都在密闭的器罐中，易捕集、纯度高、成本低。

二氧化碳产业化利用一定是未来减碳和控碳的发展方向，这不仅能够大幅减少碳排放，还能作为化工副产原料或联产品，为企业创造更多和更大的价值。

一旦解决了捕集、生产、成本等问题，二氧化碳即可实现真正的产业化利用，就能够大幅减少甚至不排放二氧化碳。如果需要和消耗的二氧化碳量足够大，很可能都不需要碳中和了。届时，“双碳”的模式和路径也将随之调整和改变。