探讨了扩大石油化工原料的来源，寻求合理的石油资源的替代手段，以实现石化产业原料的多元化。
1 我国石油供需状况和能源资源结构的特点
1.1 随着国民经济的发展，对石油的需求增长较快
我国石油化工企业绝大多数都是在炼油企业的基础上以原油加工为龙头向石油化工下游延伸发展的一体化企业。它们既向市场提供石油产品，同时也向企业内部提供生产石油化工产品的原料。
近十年来，随着我国国民经济较快发展，炼油能力不断扩张，石油产品的产量持续增长。我国已成为世界炼油大国，2008年，原油一次加工能力达4.38亿吨／年，居世界第二位。
受2008年世界金融危机的影响，我国经济增长放慢，市场需求减弱。2008年我国原油加工量下降，年增长率降至3.7%。我国政府为应对国际金融危机的影响，相续出台了一系列宏观经济的调控政策。从长远看，我国经济发展仍会恢复到过去的水平，未来较长一段时间仍将保持较快增长的局面。
由于需求的持续增长，我国大型千万吨级炼油企业的数量不断增加。已建、再建和正在筹建的千万吨级炼油加工企业总数达20多家。按石化产业调整振兴规划，我国未来3年将在沿海建设九大炼油基地：3个3000万吨级炼油基地，即宁波、上海、南京；6个2000万吨级炼油基地，即曹妃甸、茂名、广州、惠州、泉州、天津。
1.2 国内原油资源短缺，对外依存度较高
我国能源资源结构特点是油气资源不足，已探明能源储量中，煤炭为94%，石油和天然气仅占6%，是一个缺油、少气、富煤的国家。
世界石油资源能满足近期需求，由于发现新的大油田的机会越来越少，未来世界原油供应也将趋紧。世界石油的现有可开采储量，如按现有的消费水平计算，只够使用40多年。我国石油产量居世界第五位，储量仅为第十三位。我国所拥有的石油可开采储量只占世界的1.5%左右。石油资源紧缺对我国石化行业发展的影响很大。
2001—2007年，我国原油产量平均增长率为2.27%，增长缓慢，近年来我国原油产量增速都在2%以下。我国原油产量2007年为1.86亿吨，2008年为1.89亿吨。经济的快速增长使原油对外依存度较高，并逐年攀升。每年除进口大量原油外，还需进口部分化工轻油以满足石化工业下游的需要。
1.3 为保障我国经济发展安全，需加快石油资源替代的研究
我国能源供需结构中，石油供应短缺突出且有加剧之势，这将使我国能源安全及其风险增大。在加快石油勘探和开发力度的同时，近几年我国加快了石油储备基地的建设，部分基地已陆续投用，这将改善我国能源安全性及其抗风险能力。
原油资源不足已成为制约我国石化业发展的瓶颈。解决石油资源需求增长的途径一是进口，二是研究石油的替代战略，有效合理地利用多种资源。在国际环境多变的形势下，过多依赖国外石油资源，会使我国经济发展的安全受到影响。因此，需加快研究石油资源的替代。降低我国原油消耗和对进口原油依赖是稳定我国经济发展的必然选择。石化工业的资源多样化、多渠道是我们面对的共同问题。
2 石油替代及其风险
2.1 煤制石油燃料
2.1.1 煤直接液化制石油燃料
煤炭的直接液化工艺，是在高温高压条件下，在溶剂中将较高比例的煤溶解，然后加入氢气在催化剂作用下进行加氢裂化反应，再通过蒸馏分离出油品。一般煤炭制油每吨油品耗煤炭4—5吨。
2.1.2 煤间接液化制石油燃料
先将煤炭气化成合成气，然后再通过费—托合成反应及蒸馏分离得到汽油、煤油、柴油等终端产品。
2.1.3 煤炭制甲醇及其甲醇燃料
煤炭气化的合成气生产甲醇。每吨甲醇耗煤1.3吨。若以甲醇作替代燃料，虽然甲醇热值只为油品的47%，煤制甲醇的煤炭能量的利用率仍大大高于煤制油。若甲醇用作与汽油低比例调合，可基本与汽油一样使用(1.3—1.5吨甲醇相当于1吨汽油做功)，其能效更高，更具经济性。甲醇是公认的清洁燃料，但甲醇作为替代汽油燃料，由于其理化性质，决定了其低能量的密度及毒性对人体的影响，限制了它的推广使用。在我国甲醇直接调合汽油也尚未得到国家许可。从20世纪90年代后期开始，国际上使用甲醇汽油已日渐萎缩。
2.1.4 煤直接制石油燃料的风险
在我国石油资源紧缺的现实情况下，以煤直接生产替代石油产品是值得重视的。但这条路线也存在着投资高、风险高的问题，如煤炭资源、水资源、工艺技术、环保及安全等风险需要关注。
煤炭液化对煤种也有一定的要求，它主要用褐煤和次烟煤。同时，煤替代石油和煤化工生产，煤耗和生产用水量都很大。直接法煤制油，生产1吨油品需消耗约4—5吨煤、10吨水。间接法煤制油要消耗的各种资源则更多，耗水量是直接液化法的1.5倍。所以煤制油行业的发展须重视用供水可靠性的问题。
煤是一类有机结构的大分子固体，以缩合芳香环为主，煤的H／C原子比为0.3—0.8。石油主要是各种液体饱和烃类(烷烃、环烷烃和芳香烃)，石油的H／C原子比为1.8左右，远高于煤。由于二者理化性质的不同，煤液化制油品主要是加氢过程，耗氢量大，由煤制得的油品耗氢约为250千克／吨。同时，煤炭也是一种含有大量惰性的灰分和机械杂质的固体，煤制油过程最终将有灰渣的排出。煤制油是一个气—液—固三相综合处理的工艺。因此，煤制油工艺有一系列的工程技术问题，难度大，投资高。
煤制油的环境影响中废气、废水和废渣排放量大。在煤制油的生产过程中会大量排放二氧化碳，生产1吨石油燃料要排放7-8吨二氧化碳，还要消耗大量电能，所配套的大型电厂也将排放大量的二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫。经济规模的煤制油项目，每年耗煤量都在数千万吨以上，所排放的有害气体和污水数量十分可观。
2.2 生物质资源制燃料
从生物质资源可生产乙醇燃料和生物柴油。我国部分地区也在推广使用。但须注意到，生物质制燃料的土地资源和生物质资源的风险，它们是生物质替代燃料发展的阻力。联合国有关机构提出了“生产玉米汽油将会和穷人争口粮”的观点。认为用1公顷土地生产的谷物可以养活10个穷人，而如果生产汽油只能养活1个穷人。因此，发展由粮食生产乙醇汽油和生物柴油，须特别慎重。
我国正在研发、生产和开展推广生物燃料使用的工作，也在加快研究以其他生物质如木薯等替代谷物生产乙醇燃料。建设生物质经济林基地，为生产生物柴油提供有效的资源。
3 合理利用多种资源，实现炼化企业原料多元化
在我国石油紧缺的大环境下，要重视研究石油资源的替代。考虑在现有的石化企业中如何采用替代资源，实现原料的多元化。在不增加原油加工总量的情况下，增加成品油和石油化工产品的产量。
煤炭是石油替代的主要资源。近年来，这种资源已逐步渗入石化企业中。在制氢和炉用燃料等方面已有成功使用的先例。在烯烃生产的原料替代上也在加快研发的步伐。煤炭在替代石油资源上已引起了人们的关注。
3.1 炼化企业煤资源的利用技术
3.1.1 洁净煤气化技术是炼化企业引入煤炭资源替代石油的主要手段
煤炭清洁利用的煤气化技术的不断发展为以煤炭资源进入石化产业实现原料的多元化提供了技术支持，具有良好的发展前景。它可提供作燃料、制氢原料、制甲醇或二甲醚等。
煤炭气化有如下技术。
1)水煤浆气化技术。主要有美国德士古公司水煤浆加压气化技术，美国菲利普斯公司的E—gas两段水煤浆加压气化技术，我国的四喷嘴对置式水煤浆气化技术等。
具有代表性的德士古水煤浆加压气化技术是将煤加水和添加剂磨成水煤浆，用纯氧做气化剂，在高温、高压下进行气化反应，液态排渣，煤气成分CO+H2为80%左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96%—99%。其气化强度大，炉子结构简单，煤的适应范围较广。
我国四喷嘴对置式水煤浆气化技术是华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂和中国天辰化学工程公司等单位联合开发的。也是一种气流床加压气化技术，已有工业化装置运行。
2)粉煤气化技术。主要有英荷壳牌公司的SCGP粉煤加压气化技术，德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化技术，德国Lurgi块煤加压气化技术，我国灰熔聚煤气化技术等。
英荷壳牌公司的SCGP粉煤气流床加压气化技术是干煤粉纯氧气化，气化温度高达1500—1700℃，不产生油类，后序处理工艺简单。因气化温度高，又在干粉煤下气化，CO水蒸气变换反应很少，气体中C02仅1%—1.5%，CO高达63%，H2含量较低，为31.5%。对于CO+H2合成甲醇的生产工艺，在配H2满足合成甲醇化学当量氢碳比为2时，不再需要将CO变换成H2，就能达到CO2零排放，气化后的CO+H2合成气利用率可接近100%。
灰熔聚煤气化技术是中国科学院山西煤炭化学研究所和陕西秦晋科技有限公司等单位联合开发的。该技术采用富氧或纯氧连续造气工艺，造气压力0.03—1.00MPa，操作温度一般控制在1100℃左右。采用固态排渣方式，灰渣含碳量小于10%，碳转化率超过90%，有效气含量72%—78%，气体中无焦油及重质烃类等物质，酚含量低，废水量少。
3.1.2 合成气制甲醇
由煤合成气制甲醇合成的技术很多。有英国ICI公司的多段冷激法技术；德国鲁奇公司等温管壳式合成塔工艺技术；德国鲁奇公司等温管壳式合成塔和冷管式合成塔串联工艺技术；丹麦Topsoe公司的等温管壳式合成塔技术；日本三菱公司的双套管式合成塔技术；德国林德公司的Linde等温合成塔技术；日本东洋公司与三井公司合作开发的MRF多段内冷径向流合成技术；英国DavyMekee公司的轴向、径向混合流多段绝热合成技术；英国Davy公司(ICI技术)蒸气上升式径向合成塔串联工艺等。
以英国ICI公司和德国鲁奇公司为代表的中低压甲醇合成技术使甲醇装置规模不断扩大，生产成本逐渐降低。适宜甲醇向下游延伸利用的环境。
煤制甲醇工艺中，煤炭气化转化制甲醇的低碳或零碳排放路线即煤炭清洁转化同水电解氢结合的制甲醇(或二甲醚)技术是未来的发展方向。该工艺路线使煤气中CO得到充分利用，免去了过量CO变换成H2和CO2，基本上做到CO2零排放。常规甲醇生产中每生产1吨甲醇要排放CO21.53吨，采用这种工艺可减少甲醇生产过程中大量CO2排放对大气造成的危害，并提高了煤炭的利用率。但该技术需有低成本的水电解H2作支撑。
3.1.3 甲醇制烯烃技术
MTO和MTP是甲醇制烯烃的2种技术，经过十几年的研究开发，均已具备工业化条件。
MTO技术是美国UOP／NorskHydro公司开发的由甲醇制取乙烯、丙烯的工艺。MTO工艺与炼油过程的催化裂化工艺过程非常类似，由于原料是单一甲醇，组成简单，更易于实现轻烯烃的分离回收。MTO工艺的乙烯、丙烯总收率为78%左右。
国内有中科院大连化物所和中国石化洛阳工程公司合作开发的MTO工艺，其中中科院大连化物所的MTO催化剂水平已与UOP公司水平相当。
中科院大连化物所和中国石化洛阳工程公司合作开发的甲醇制烯烃DMTO技术具有更大优势。
MTP技术是鲁奇公司开发的基于改性ZSM—5催化剂固定床反应器，将甲醇转化为乙烯、丙烯的工艺。MTP的乙烯、丙烯单程收率为51.2%，如果采用回炼流程可达到70%—72%。
3.2 煤炭资源的利用
3.2.1 煤炭制氢
炼厂氢用量为原油加工量的1%—1.5%左右。随着常规原油资源的日益枯竭，世界原油供应呈现重质化、劣质化的发展趋势。原油含硫量日益增高。与此同时，市场对清洁燃料的要求更严格，氢用量的比例还将提高。现今炼厂制氢主要靠石脑油，炼厂干气等。以煤炭为原料洁净煤气化制氢可为炼油过程提供氢气，节省炼化企业的石油资源，提高其轻质油的商品量。可洁净煤气化制氢在中国石化金陵石化已有成功的应用经验，并取得较好的经济效益。
3.2.2 石油化工企业自用燃料的替代
水煤浆和煤制气用于锅炉和加热炉燃料。这也是煤炭资源替代石油资源的又一手段。水煤浆替代锅炉燃料油，其燃烧效率可提高，炉渣中的含碳量可降低，并大大提高燃煤锅炉的热效率。
3.2.3 轻油制烯烃的替代
炼化企业中乙烯裂解轻油用量很大，100万吨乙烯轻油用量需300万吨左右，要有1000万吨／年原油加工能力来保证乙烯裂解原料的平衡。煤制烯烃通过煤气化—醇醚—甲醇—乙烯、丙烯，将开辟一条新的资源获取烯烃的途径。
由煤气化所得的合成气净化后制甲醇，其合成技术不断进步，单套规模可达百万吨级以上，成本大幅降低，为煤炭替代石油向石油化工延伸提供了良好的技术支持。
煤制烯烃和石脑油裂解制烯烃技术路线相比较，在经济上的竞争力取决于甲醇的成本。随着技术的进步和装置大型化，甲醇生产的成本将会降低，使甲醇转化成烯烃在经济上将具有竞争能力。
4 结语
我国石化工业在面临石油资源紧缺的大环境中，应重视研究石油替代资源的可行途径，以便能长期稳定保证市场油品及石油化工产品的供应，提高石油及其产品链的供应安全和抗风险能力。
一是未来炼厂原料不应再局限于单独的石油资源。煤炭应是石化企业可考虑的主要石油替代资源。二是石化产业要考虑资源的多元化、多渠道。鉴于甲醇替代汽油的合理性仍在争议中，石化企业引入甲醇生产烯烃是值得重视的。三是可利用大型一体化石化企业的优势，在煤炭供应及储运条件较好的石化企业实施资源多元化的技术研究和试点。四是要重视开展石油资源替代的高效洁净大型煤气化制氢、燃料替代及甲醇制低碳烯烃的MTO和MTP等技术的研究。(来源：《当代石油石化》2009年第10期 作者：中国石油化工股份有限公司天津分公司 唐杰)
