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院士:后疫情时代化工之路怎么走

发布时间:2020-10-16 10:55:43

专 家 简 介

  金涌,中国工程院院士、清华大学教授、化学工程专家。研究领域为化学反应工程、流态化技术等的基础研究与工程开发。先后获美国化学工程师协会学会奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖、全国五一劳动奖章、光华工程科技奖等。获技术专利30余项。

  近年来重点研究方向为生态工业工程和循环经济,主持和指导多项国家发改委、生态环境部的工业生态园区和循环经济规划建设,积极推动循环经济与低碳经济的工程科学的学科基础建设。

  2020年已经过半。种种迹象表明,上半年,我国石油和化工行业抗住了新冠肺炎疫情的冲击,经济运行企稳回升,成绩好于预期。但是,下半年经济运行下行压力仍然很大,国际宏观经济环境严峻复杂。

  在发展环境复杂多变的后疫情时代,我国石油和化工行业的发展需要做怎样的调整?近年来热度不减的煤化工是不是应该降降温?未来化石燃料的出路又在哪里?本刊记者就此采访了致力于推进化学工业走可持续发展道路的中国工程院院士金涌。

  变字当头

  中国石油石化:金院士,您好!根据您的判断,新冠肺炎疫情给石油化工产业未来的发展带来了哪些变数?

  金涌:变数主要来自石油化工产业发展的大环境。

  当前,中国正处于近代以来最好的发展时期。但是由于各国间经济实力、军事能力以及科研、创新等方面的软实力对比发生诸多变化,以美国为首的西方发达国家主导建立的国际秩序正经历大调整,引发反全球化思潮,贸易保护主义抬头,世界处于百年未有之大变局。二者同步交织,相互激荡,影响深刻。新冠肺炎疫情的全球蔓延更加剧了变局矛盾。美国前国务卿基辛格在今年4月3日的《华尔街日报》刊登署名文章,振聋发聩地发出“世界将在新冠肺炎疫情后永远改变”的警示。

  近年来,外贸对中国GDP的贡献率日益重要。在新冠肺炎疫情引发国际局势更加复杂多变的背景下,我国国内、国外循环并举的发展格局开始发生变化。在当下关键时间节点上,近段时间,从企业家座谈会到中央政治局会议,中国正在谋划的是一个“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进”的新发展格局。通过发挥内需潜力,使国内市场和国际市场更好联通,更好地利用国际、国内两个市场、两种资源,实现更加强劲可持续的发展。

  这种发展战略的变化,意味着后疫情时代,我们要在本土疫情防控取得重大战略成果、经济率先复苏的基础上,乘势而上更好发挥国内产业门类齐全、市场潜力广阔的优势,稳住企业和就业基本盘,降低外部冲击带来的压力。

  中国石油石化:在这种大环境下,我国石化产业需要进行怎样的调整?

  金涌:我国石化产业产值占世界第二,但大而不强。首先表现在外贸逆差大。2019年,我国外贸逆差达2682亿美元。其次表现在效益下滑。2019年,我国石油和化工全行业总获利润6683.7亿元,同比下降了14.9%,仅占全国总工业利润的10.8%。再次表现在高端产品、技术缺失。我国高强、高耐热、高超纯、超细、高耐磨、超导等高端制造业的化工材料需求得不到满足,大量依赖进口。

  在世界大变局和我国新的发展格局下,尤其是中美摩擦不断升级的情况下,石化产业要积极研究这些新变化,及时调整发展战略,调整产品结构,将注意力转移到如何满足和刺激国内石化产品的需求上,同时把握好外贸的节奏。

  煤化工热

  中国石油石化:煤化工是近年来化工行业发展的一个热点。您怎么看煤化工热?

  金涌:中国的资源禀赋是富煤、缺油、少气。其中,煤炭资源储量占世界煤炭总储量的11.6%,而石油、天然气资源量分别只占世界资源总量的2.4%、1.2%。按照近几年中国的煤炭、石油、天然气产量计算,煤炭可开采与使用的年限远高于石油和天然气。

  煤的主要利用方式,一是作为燃料燃烧,二是作为原料生产各种化工产品。煤作为燃料使用会产生并排放大量CO2、SO2和NOX等污染气体,对环境造成较大影响。而随着煤化工技术的进步和装置大型化、产业集约化,不仅能生产出高附加值化学品,减少生产这些产品对油气资源的消耗,还为煤炭高效清洁利用开辟了现实可行的路径,也有利于“三废”集中处理与资源化利用。因此,煤化工受到追捧有一定的必然性。

  中国石油石化:后疫情时代是我国发展煤化工的好时机吗?

  金涌:经过多年的发展,我国煤化工的技术水平已达到世界领先水平。研究能力、催化剂、设备、放大技术、大厂运营经验等方面已处于世界煤化工高地。

  但是,煤化工的投资金额、CO2排放量、耗水量均高于石油化工的事实不容回避。煤化工的投资约是同等产能的石油化工的8.75倍,耗水量是石油化工的13倍,CO2排放量是石油化工的3.5倍。煤化工的物耗也高。比如一些煤制烯烃企业设计值是4吨左右标煤产1吨聚丙烯,但有的企业产品的实际消耗至少高出这个标准的20%以上。

  煤化工的利润也让人担忧。煤化工总体投入很大,但利润不高。煤制油需要油价在70美元/桶以上,煤制化学品需要油价在55美元/桶以上,煤制烯烃需要油价在45美元/桶以上,煤制乙二醇需要油价在55美元/桶以上,才能盈利。在油价处于100美元/桶以上的高位时,煤化工的利润可观。但是,2014年由美国页岩油革命引发油价暴跌后,油价一直处于低位。2019年煤化工总利润25.7亿元。今年受疫情影响,油价再次暴跌,现在油价稍有恢复,但还没有冲破50美元/桶关口。目前的低油价更让煤化工的利润承压。

  与油价下跌对应的是,煤价在上涨。2019年1-2月,5500大卡的动力煤每吨售价在326~390元。而今年,5500大卡动力煤每吨售价上涨到500元以上。因此,今年煤制油、天然气、乙二醇、甲醇、醋酸全面亏损。宁夏宝丰的净利润下降了19.46%,包头神华的毛利润下降了79.7%。预计未来油价在40~65美元/桶波动,煤化工的盈利空间必然继续收窄。

  即使刨除油价因素,煤化工自身的发展也有令人忧虑之处。近年来我国煤化工发展迅速。2018年,我国煤制油产能921万吨,产量617.5万吨;煤制烯烃产能872万吨,产量762.5万吨。到2019年,煤制油的产能就提升到了1138万吨,煤制烯烃的产能达到了1540万吨。煤制油的路线面临着我国柴油严重过剩的局面,制α-烯烃、高密度煤油、石蜡等特种产品相对市场空间受限;煤制烯烃相对油裂解法、烷烃裂解、煤制油来说并没有优势;煤制芳烃的成本问题不明朗,而且2023年芳烃的产能将达到5613万吨,也有可能过剩。

  概括来说,我国发展煤化工有资源优势,有技术优势,但市场空间很小,大部分产品是饱和的状态。因此,我认为煤化工的定位应是储备技术,而不是替代技术、主流技术,未来发展要慎重。

  理性发展

  中国石油石化:您认为我国的煤化工未来应该走怎样的发展路径?

  金涌:我首先对发展包括煤制油、煤制天然气在内的煤制燃料路径持保留态度。

  煤化工应该考虑到石油化工,关注石化的发展趋势。截至2019年底,我国炼油能力达8.6亿吨/年,已过剩约1.5亿吨。2020年,我国将有3150万吨/年的炼油改扩建产能投产,在建和拟开工炼油总产能达1.2亿吨/年。2025年,我国炼油产能将达到10亿吨/年左右。未来石化炼油能力过剩情况将进一步加剧。如果再发展煤制油,无疑更加剧油品过剩。而且把以煤为燃料变成以油为燃料,固体燃料到液体燃料的转化,能量损失很大,能源转化率低,同时污染比较严重。这绝不是一个低碳的路径,因此我认为煤制油不是好的发展路径。

  有人提出,我国原油、天然气产量满足不了国内需求,需要大量依靠进口。石油、天然气对外依存度太高给国家能源安全带来了威胁。而发展煤制油、煤制气,正好可以保证车用化石燃料的来源,减少石油、天然气的需求,保障国家能源安全。我个人认为,首先不要怕进口。只要促进来源多元化,保证进口渠道畅通,国家能源安全就有保障。而且我国每年石油缺口上亿吨,煤制油替代不了这个缺口。第二,什么时间把煤制油、煤制气技术从战略储备技术变成战略产业,这个时机要把握好。如果过早地推进,企业没有利润可谈,而且消耗了大量煤炭资源,并不能取得很好的经济效益和社会效益。

  其实把煤转化成燃料的思路可以转变一下。除了制油,煤可以制醇醚类产品,比如煤制甲醇。甲醇汽油环保、成本低,是一种“以煤代油”路径,可以作为汽油的替代物,从而实现对原油的部分替代。甲醇动力乘用车已在山西、贵阳等甲醇汽车试点市场投放运行,市场效果良好。如果发展M10甲醇汽油,将有千万吨市场。5月14日,美国空气化工产品公司宣布将投资约20亿美元在印度尼西亚东加里曼丹省建立世界级煤制甲醇装置,每年用600万吨的煤产生200万吨的甲醇,对准的就是中国市场。国外芬兰瓦锡兰、德国曼恩还将甲醇船用燃料作为船用燃料转型升级方向。再比如煤制二甲醚。二甲醚自身属于富氧燃烧,燃烧后没有残留,是替代液化气的清洁能源。但是,目前国内二甲醚在柴油卡车上的应用还处于起步阶段。

  煤化工要走高附加值的产品路径,尽量做化工产品而不是做燃料。但是,煤制烯烃现在生产的大多是大路货,而且转化率不高,副产物高。虽然PP、PE在3~5年内无过剩之虞,但大路货的利润空间将不断被挤压。目前交联PP、车用PP、茂金属PE国内均依赖进口,EVA则严重不足。因此,煤制烯烃的出路一定是要精细化、高端化、深加工,不断提高产品的附加值。

  中国石油石化:您看好哪类煤化工的发展?

  金涌:我个人看好煤炭的分质利用。以煤热解为龙头的煤炭分质分级利用,在提取了包括煤焦油、煤气等轻质高附加值组分后,还能方便地与传统煤化工、现代煤化工、超超临界发电、城市热电联供以及建材等煤的所有应用领域实现耦合,实现煤炭资源的分质与利用,对各个分级产物进行梯级利用、吃干榨尽,构筑起跨行业发展的大煤化工构架,使煤炭高效利用的途径更丰富、前景更广阔。

  国家科技部已将百万吨煤定向热解制高品质焦油及煤气确定为“十三五”重大科技攻关项目,要求2020年以前取得突破,建成百万吨级工业化示范装置。这表明煤炭分质分级利用得到国家层面认可,拥有了政策基础。


  替代燃料

  中国石油石化:您认为煤制燃料的路径不佳,那您认为未来燃料的出路在哪里?

  金涌:现在太阳能和风能已经比煤电便宜,而碳税必将到来,还将提高煤电的成本。煤炭不是未来燃料的出路。

  “原油之神”安迪·霍尔引用沙特前石油部长亚马尼的著名话语说:“石器时代的终结并不是因为缺乏石器,而石油时代也将在世界石油耗尽之前结束。最终导致石油时代结束的,不是没有石油,而是人们不再需要石油了。”导致人们不再需要石油的原因,他提出可再生能源将取代石油,“由于技术、电动汽车和可再生能源的发展,到2030年,全球石油消费将持平甚至出现下滑”。

  未来燃料的出路一定是在于科技创新,发展可再生能源,包括风电、水电、光伏等。现在可再生能源的关键问题不再是如何高效转化为电能,而是储能技术。清华大学化工系的一个重大思路转变是开始专注研究储电技术。从锂电池、锂硫电池到液流电池、压缩空气储能,储电技术可以说有了很大的进步,而且能源材料的进步在助力储能技术的进步。例如,清华大学研发制备的碳纳米管导电碳浆具有高的电导率,性能稳定,制备工艺简单,适用于工业化大规模制备,得到应用推广后带动了新能源行业的发展。现在清华大学还在研究更安全的固态化化学电源。它与传统锂电池的最大区别是,采用固态电解质替换有机液态电解液,带来安全性的巨大提升。

  在科技创新的推动下,新能源车发展很快。2008年锂离子动力电池应用于电动汽车十余年以来,实际装车产品能量密度从100瓦时/公斤提升到了250瓦时/公斤,实现了蓄电池领域百年以来的革命性突破。2019年锂电池的能量密度达到了304瓦时/公斤,能量密度上升了2倍,成本下降了80%。2019年,全球新能源电动车销售量达210万辆,占汽车销售总量的2.6%;新能源电动车保有量720万辆,占汽车保有量的1%。至2030年,预计全球新能源电动车可达2.45亿辆。但不可否认的是,电池热失控导致的安全问题、性能衰减导致的寿命问题依然是新能源车发展的瓶颈。因此,未来新能源创新突破的方向包括安全、使用寿命,以及不断的智能化、低碳化。

  中国石油石化:近年来氢能颇受关注。您认为氢能是未来能源的出路吗?

  金涌:我个人认为氢产业具有迷惑性。因为自然界中不存在自然的氢,氢也不是最终能源。氢必然是二次能源,需要通过技术的力量转化而来。但不论是煤制氢、天然气制氢、尾气提氢、水电解制氢、光解水制氢等都要打问号,因为转化本身就要消耗能源。我们不要被氢迷惑,要冷静看待。现在用氢能的成本还很高,并不适合于做燃料。未来如何还要看技术突破的程度,盲目跟风不可取。

  我个人支持把废塑料利用作为未来能源的出路之一。我国每年产生数千万吨的废塑料。废塑料经热裂解技术处理后,可以产生废塑料裂解油及炭黑等产品。不但使废塑料得到有效回收处理利用,而且所得产品均具有相应的用途,带来了经济效益与社会效益。国家应该支持企业做这个事。

  此外,我个人比较关注光合作用微藻产油技术。藻类生长速度、阳光利用率是陆生植物的数十倍和数倍,微拟球藻以甘油三酯形式储存所固定的光合作用产物。发展微藻生物能源,是解决能源危机和环境问题的有效途径之一。美国通过降低某转录因子的表达使脂质产量提高了一倍。我国目前微藻生物能源的藻种筛选、室外养殖、采收、油脂提取、能源制备等各工艺环节均已经打通,但成本高制约了微藻生物能源的产业化发展。这是一个有前途的技术,利用光的效率高,应该投入研究力量。

  概括来说,疫情以后,我国石油化工行业发展的机遇、风险并存。进行相关投资需多策划,有大的视野,明确科技创新是唯一的出路。从发展方向上,要着力补短板、强弱项,推动行业高质量发展;集中力量突破卡脖子关键技术,推动绿色发展;转换发展模式,学习欧洲清洁、低排CO2、可持续的发展思路,与国际思路保持一致。


来源:中国石油石化                                    关键字:化工                                    表面处理联盟编辑发布

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