一、石油化工和煤化工概述

1. 工藝概貌：結構組分差異，工藝路徑多變 

石油化工是指以石油和天然氣為原料，既生產石油產品，又生產石油化學產品的加工工業。具體而言，石油加工工業從加工與用途角度可以劃分成兩大產業，一是石油通過煉制可以生產各種燃料油（如汽油、煤油、柴油等）和潤滑油以及液化石油氣、焦碳、石蠟、瀝青等石油產品，即煉油過程或稱石油煉制工業體系；二是把石油分離成原料餾分，對原料油和氣進行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料，再以這些基本化工原料生產多種有機化工原料（約200種）及合成材料 （塑料、合成纖維、合成橡膠），即石油化工體系。煉油和化工二者相互依存、相互滲透，龐大而復雜，共同推動了石油化工的技術發展，更提高了石油的經濟效益，石油工業已然成為我國的支柱產業部門之一。 

煤化工是以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體產品或半產品以及化學品的過程。從煤的加工過程區分，煤化工主要包括煤的干餾（含煉焦和低溫干餾）、氣化、液化和合成化學品等。其中，煉焦是煤化工利用技術里最早的工藝，至今仍是煤化學工業的重要組成部分，產品包括生產煉鐵用焦炭，焦爐煤氣、苯、萘、蒽、瀝青和碳素材料等。煤氣化(000968,股吧)用于生產各種燃料氣，而生成的合成氣是合成液體燃料、甲醇等多種產品的原料。煤直接液化可以生產人造石油和化學產品，間接液化則是指先生產合成氣，再催化合成液體品。煤低溫干餾可生產半焦、低溫焦油和煤氣等。 

2. 發展簡史：石油化工后來居上 

煤化工在工業革命時初創，伴隨著戰爭發展。中國是使用煤最早的國家之一，早在公元前就用煤冶煉銅礦石、燒陶瓷，明代已用焦炭冶鐵。但是，煤作為化學工業的原料加以利用并逐步形成工業體系，則是在近代工業革命之后。18世紀后半葉，由于工業革命的進展，煉鐵用焦炭的需要量大幅度地增加，煉焦爐應運而生，開啟了煤化工的初創時期，并于1763年發展了將煤用于煉焦的蜂窩式煉焦爐。一戰期間，鋼鐵工業高速發展，同時作為火炸藥原料的氨、苯及甲苯也很急需，這促使煉焦工業進一步發展，并形成煉焦副產化學品的回收和利用工業。 

煤化工在二戰前夕及大戰期間，取得了全面發展，進入輝煌時期。費托合成、煤直接加氫液化、低溫干餾等一系列生產技術應運而生。1938年一氧化碳加氫合成液體燃料產量已達59萬噸，1939年煤高壓加氫液化制取液體燃料的方法能達到110萬噸的年生產能力，1944年底溫干餾焦油年生產能力已達到94.5萬噸。此外,由煤直接化學加工制取磺化煤、腐植酸和褐煤蠟的小型工業，及以煤為原料制取碳化鈣，進而生產乙炔從而以乙炔為原料的化學工業也獲得發展。 

二戰以后，由于大量廉價石油和天然氣的開采，工業上大規模由煤制取液體燃料的生產暫時中止，代之興起的是以石油和天然氣為原料的石油化工。煤在世界能源構成中的比例由65~70%降至25~27%，不少工業化國家已經用天然氣代替了民用煤氣。值得一提的是，由于鋼鐵工業的持續發展，煤化工的煉焦工業也不斷壯大。 

石油化工是20世紀20年代興起，起源于美國，初期依附于石油煉制工業。第二次世界大戰前后迅速發展，50年代在歐洲繼起，60年代又進一步擴大到日本及世界各國。這時，很多化學品的生產從以煤為原料轉移到以石油和天然氣為原料，世界化學工業的生產結構和原料體系已經發生了重大變化。70年代初，美國石油化工生產的各種石油化學產品，多達數千種，石油化學工業的新工藝、新產品不斷出現。 

二、淺析對比石油化工和煤化工 

1. 原料路徑：富煤、貧油、少氣的能源結構 

能源的分類主要包括煤、石油、天然氣及其他，所有化工產業的原料來源也最終來自這幾大類。 我國在過去十年的能源消費平均增速為5.3%，而2015年僅為1.5%，增速不及過去十年平均水平的三分之一。近十年以來，我國的能源消費總量仍逐年遞增，但增速明顯呈明顯逐年下降趨勢。然而，我國仍是世界上最大的能源消費國，同比分別占全球消費的23%和全球凈增長的34%。 

具體細分到各種一次能源，煤炭一直是我國的能源消費主體，占比一直高于65%，雖然近幾年來也呈至下滑趨勢；天然氣的消費則整體窄幅震蕩，變化不大，而石油則基本持平；一次電力及其他新能源則呈現逐年增長趨勢，2014年，我國煤炭在總量消費比中占66.0%，石油占17.1%，天然氣占5.7%，一次電力及其他占11.2%。 

對于石油化工而言，其是以石油和天然氣為原料的的石油加工工業，而石油和天然氣的獲取主要通過油田開采直接獲得。這里需要提出的是，石油嚴格按照定義來說，一切天然碳氫化合物或其混合物，不管相態（氣體，液體，固體，煤炭除外）如何，統稱石油；即石油包括原油、天然氣、天然汽油、地蠟等；但日常術語中一般將石油和原油相提并論，本文亦沿此習慣。 

我國油田開采企業單位數從2010年以來呈現逐年下降趨勢，到2012年從335家企業單位數縮減到137家，同比下降59%，近幾年來均維持在140家左右，上下波動約3%。這主要是國際原油價格的市場波動有關，國際原油價格的持續下跌導致國內油田開采企業更傾向于直接進口原油，盡量避免高額開采成本的限制。 

煤化工以煤炭為原料，而煤是地球上能得到的最豐富的化石燃料。我國煤炭資源豐富，煤炭儲存量遠遠大于石油、天然氣儲量，現已探明的煤炭可采儲量約為8000億噸，隨著勘探工作的進展，逐年還在發現新的大煤田，煤炭儲量數字還在增加。我國煤炭種類較全，除了有優質煉焦煤外，還有世界少見的大同、神府等優質煤種，需要合理利用；分布較廣，其中以華北、西北為最，西南、華東次之。煤炭資源的綜合利用，關鍵要根據煤炭的分級分質作以不同用途。我國目前煤炭儲量中煉焦用煤約占42%，長焰煤、不粘煤和弱粘煤約占32%，褐煤14%，其他煤種約占22%。 

2. 轉化工藝 

2.1 石油化工轉化工藝：石油煉制與石油化工一體化 

原油的常減壓蒸餾通常是石油加工的第一道工序，擔負著原油初步分離的任務。原油經過脫鹽、脫水后，進入常壓蒸餾塔和減壓蒸餾塔，利用原油內各組分沸程范圍的不同，將原油分成汽油、煤油、柴油、潤滑油原料、裂化原料和渣油等。常減壓蒸餾要盡可能地從石油中得到餾出油，減少殘渣油量，提高原油的總拔出率。這不僅能都得到更多的輕質直餾油品，也能為二次或三次加工提供更多的原料油，打好原油深加工的基礎。 

石油化工的生產加工過程主要分為四個部分，基礎有機物生產，有機化工生產，高分子化工生產和精細化工生產。基礎有機物的生產來源即是石油和天然氣，通過其煉制或轉化生成乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔和萘等基礎有機原料。有機化工生產則就是以這些基礎有機原料“三烯、三苯、乙炔、萘”出發，通過化學合成加工，進一步生成醛、酮、酸、酯、醇、醚和酮等反應產物。而高分子化工生產，在上述反應產物的基礎上，通過縮合、聚合加工，制得合成纖維、合成樹脂和合成橡膠的終端產品，也即常說的三大合成材料。由此可見，“三烯三苯”等基礎有機化工原料在石油化工行業中的戰略意義顯著。 

而精細化工常生產國民經濟中軍工等多項工業和尖端技術工程所需要的工程性材料和功能性材料，附加值很高，諸如催化劑、表面活性劑、添加劑和助劑等等，原料來源也就是前三個過程的各類基礎有機物和有機原料。可以說，有機產品的精細化程度，已經是衡量整個石化工業水平高度的標尺。 

2.2 煤化工轉化工藝：煤的多質多種類綜合利用 

煤的轉化工藝包括煤的低溫干餾、煉焦、煤焦化化學產品的回收與精制、煤氣化、煤直接液化、煤間接液化、煤的碳素制品等。煤的低溫干餾采用較低的加熱溫度（500～600℃）,使煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成半焦、低溫煤焦油、煤氣和熱解水；煉焦則是高溫干餾過程，煉焦煤在隔絕空氣條件下加熱到1000℃左右，通過熱分解和結焦產生焦炭、焦爐煤氣和其他煉焦化學產品；煤焦化化學品則包括硫酸銨、磷酸銨、苯、甲苯、甲烷等。煤氣化以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料或下游原料，如甲醇、乙二醇、二甲醚等；煤液化是通過直接或間接的方式將固體煤炭，使其轉化成液體燃料和各類化工原料；煤碳素工藝包括如活性炭、分子篩、石墨烯等的制備合成。 

3. 下游產品 

石油化工是有機化工產業的核心，基本涵蓋了整個有機化工品和諸如化肥等相關無機化工品。煤化工的產品包括焦化、氣化、液化等，僅從產品種類來說是包含于石油化工產品當中的，但體量差異各不相同。 

3.1 石油化工：覆蓋有機化工品的核心 

如前所述，石油加工工藝可分為石油煉制和石化兩大塊，二者相互依存，因此石油加工得到的產品也從兩者角度出發。石油煉制的產品主要包括各種燃料油（如汽油、煤油、柴油等）和潤滑油以及液化石油氣、焦碳、石蠟、瀝青等石油產品；石化產業則得到乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯為代表的基本化工原料，再以這些基本化工原料生產多種有機化工原料及合成材料。目前可生產的有機化工原料已多達200多種，諸如醇、醛、酯、酸、堿、烯、烷、炔、酮、芳香族化合物等；而終端的合成材料則包括三大支柱產業，即塑料和纖維、橡膠，其它產品包括各種醫藥、農藥、涂料和功能性材料等。 

3.2 煤化工產品：新型煤化工產品為重點導向 

從產品角度來說，煤化工分傳統煤化工和新型煤化工兩大類。傳統煤化工產品主要包括焦化、合成氨、電石和甲醇四大種類。我國傳統煤化工產品生產規模均居世界第一，合成氨、甲醇、電石和焦炭產量分別占全球產量的32%、28%、93%和58%，并處于階段性供大于求狀態，產能存在結構性過剩。 

新型煤化工以生產潔凈能源和可替代石油化工的產品為主，如油品（柴油、汽油、航空煤油）、天然氣、二甲醚、烯烴、乙二醇等。作為新興產業，產品市場尚處于成長階段，但是作為國家戰略性能源儲備的重要發展方向之一，潛在市場容量大，具有良好的發展前景。 

三、煤化工產品的替代性分析 

隨著世界石油資源的不斷減少和工業化進程的加快，世界石油供應日益緊張的形勢問題嚴重制約著我國經濟的發展，能源安全問題日益突出。我國能源結構呈現出鮮明的“富煤、貧油、少氣”能源資源特點，這決定了我國長期依賴煤炭的能源格局，資源稟賦決定了我國必須發展煤化工產業。 

煤化工按其產品種類分可分為傳統煤化工和新型煤化工。所謂現代煤化工， 即近幾年發展起來的以替代能源和石油化工產品為主的新型煤化工技術及產品生產，諸如煤制油、烯烴、二甲醚、天然氣、乙二醇等以煤基替代能源為導向的產業。傳統煤化工通常指煤制焦炭、電石、甲醇等歷史悠久，技術成熟的產業。大力發展新型煤化工產業，特別是煤制油、煤制烯烴等煤基替代方案對實施原油替代，具有重要的戰略意義。 

由于現代煤化工起步較晚，目前占有市場份額小，在市場中沒有定價權，因此現代煤化工將面臨對外與石油化工的行業競爭，對內與行業同類企業競爭。另一方面，現代煤化工以期求對傳統石油化工的替代，要從技術成熟度、能效、環境、碳排放、資源消耗、經濟性等諸多方面進行考察，難度很大，此外，我國富煤地區普遍缺水，且遠離市場，加之交通瓶頸以及脆弱的生態環境等，使格局變得異常復雜。本報告主要從上下游產品、技術和經濟性角度嘗試對新型煤化工產品的替代性做簡要分析，以供投資者一定參考。 

1. 煤制烯烴：工藝成熟，可規模化發展 

烯烴是重要的有機基礎原料，其中乙烯是世界上產量最大的化學產品之一，乙烯工業更是石油化工產業的核心，而丙烯用以生產多種重要有機化工原料、聚丙烯、生成合成樹脂、合成橡膠及多種精細化學品。制烯烴主要方式包括煤制烯烴、甲醇制烯烴、丙烷脫氫制制烯和石腦油制烯烴等。此外，還有尚處于研究階段的合成氣制烯烴、天然氣制烯烴。 

煤制烯烴主要指通過煤為原料，制得乙烯、丙烯及其聚合物。簡單來說，該技術可分為煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴等四項核心過程。顯然，煤制甲醇是整個工藝最重要的部分。首先將煤氣化制成合成氣；接著將合成氣變換；然后將轉換后的合成氣凈化；最后將凈化合成氣制成粗甲醇并精餾，最終產出合格的甲醇。 

甲醇制烯烴（MTO）和甲醇制丙烯（MTP）是兩個重要的C1化工新工藝， 是指以煤或天然氣合成的甲醇為原料，借助類似催化裂化裝置的流化床反應形式，生產低碳烯烴的化工技術。國外具有代表性的MTO工藝技術主要是：UOP/Hydro、ExxonMobil的技術，以及魯奇（Lurgi）的MTP技術。我國最早從事MTO技術開發的研究單位主要以大連化物所領頭，并開發了DMTO專利技術，攻克了世界首套煤制低碳烯烴工藝技術工程化及實現長周期穩定運轉等世界性難題，并與神華集團聯合工業化，建成世界首套百萬噸級煤基甲醇制烯烴大型工業化示范裝置。 

根據國家發改委關于“加強煤化工項目建設管理促進產業健康發展”的通知規定: “一般不應批準規模在300萬t /年以下的煤制油項目，100萬t /年以下的甲醇和二甲醚項目，60萬t /年以下的煤制烯烴項目”。因此，在做經濟性分析時，以此要求標準為生產規模依據。 

以60萬噸/年的煤制烯烴項目為例，其總投資約150億元 (不含烯烴深加工裝置)，單位產品投資約25000元/噸烯烴，根據目前煤炭資源地坑口價格情況，當國際原油價格高于60 美元/桶時，煤制烯烴項目即具備一定的成本競爭力，并且隨著國際原油價格的走高，成本競爭力不斷增強。 

2. 煤制天然氣：能源轉化效率較高，受合成氣價格影響大 

天然氣是天然蘊藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，主要用途是作燃料，可制造炭黑、化學藥品和液化石油氣，由天然氣生產的丙烷、丁烷是現代工業的重要原料。 

煤制天然氣是指煤經過氣化產生合成氣，再經過甲烷化處理，生產代用天然氣（SNG）。煤制天然氣具有和常規天然氣相同的性質，可作為替代產品用于各個領域。煤制天然氣的能源轉化效率較高，技術已基本成熟，是生產石油替代產品的有效途徑。煤制天然氣項目投資大，需要具備較大的經濟規模，目前單系列規模為13億～16億m3 /年，國內在建項目較多采用3 個系列，總規模40億m3 /年。 

煤制天然氣的工藝流程大概如下：原料煤在煤氣化裝置中與空分裝置來的高純氧氣和中壓蒸汽進行反應制得粗煤氣，經低溫甲醇洗脫硫脫碳，制成凈煤氣，凈化煤氣進入甲烷化裝置合成甲烷，生產出優質的天然氣；除主產品天然氣外，凈化裝置產生富含硫化氫的酸性氣體可回收利用生產出硫磺，其它支線也同時副產石腦油、焦油、粗酚等副產品。該工藝中，后續最為重要的廢水處理問題，可通過酚氨回收裝置處理、廢水經物化處理、生化處理、深度處理及部分膜處理得以解決。

目前我國天然氣的生產主要是化石能源開采，煤制天然氣剛剛起步，還沒有形成市場供應，即使近期幾個在建項目投產，其市場份額較小。天然氣市場和定價由政府以及石油化工生產運營商主導。從價格來看，我國目前化石能源開采天然氣門站價格（折標準狀態）在1.20 元／m3 左右，煤制天然氣無法與此競爭。以40億m3 /年煤制天然氣項目為例，其總投資約220億元，如下標表列出煤制天然氣與進口LNG的競爭力關系。天然氣價格形成機制的完善將有利于提高煤制天然氣項目的經濟性。 

3. 煤制乙二醇：市場缺口大，具一定成本優勢 

乙二醇是重要的化工原料和戰略物資，主要用于制聚酯滌綸，聚酯樹脂、吸濕劑，增塑劑，表面活性劑,合成纖維、化妝品和炸藥，并用作染料、油墨等的溶劑、配制發動機的抗凍劑，氣體脫水劑，制造樹脂、也可用于玻璃紙、纖維、皮革、粘合劑的濕潤劑。煤制乙二醇即以煤代替石油乙烯生產乙二醇，而通常所說的煤制乙二醇工藝技術主要是指草酸酯法。 

4. 煤制油品：轉化效益低，技術瓶頸大

煤制油是以煤炭為原料，通過化學加工過程生產油品和石油化工產品的一項技術。煤制油主要包括煤直接液化和煤間接液化兩種技術路線。煤的直接液化，是指將煤在高溫高壓條件下，通過催化加氫直接液化合成液態烴類燃料，并脫除硫、氮、氧等原子。該合成技術對煤的種類適應性差，反應及操作條件苛刻，產出燃油的芳烴、硫和氮等雜質含量高，十六烷值低，在發動機上直接燃用較為困難。

煤的間接液化，則先對原料煤在氧氣的作用下先氣化，再依次變換和凈化處理，得到一氧化碳和氫氣的原料氣，也即合成氣。合成氣(CO+H2)經脫除硫、脫氮和氧凈化后，經水煤氣反應使H2/CO比調整到合適值，再Fischer-Tropsch（費托合成）催化反應，在一定溫度、壓力及催化劑作用下，H2和CO轉化為直鏈烴類、水及少量的含氧有機化合物，合成液體燃料。 

煤間接液化的主要產品是柴油、石腦油和LPG等石油煉制產品，經濟性受國際原油價格影響較大。當國際原油價格低于50美元/桶時，煤制油項目可承受的煤炭價格已遠低于煤炭開采成本，即無經濟性; 當國際原油價格為70美元/桶時，煤制油項目可承受的標煤價格最高為355元/噸，相當于5 000大卡煤可承受的最高價格為254元/噸時，即高于該煤價時，煤制油項目將無經濟性。 

5. 煤制二甲醚：規模經濟下的成本優勢

二甲醚作為一種基本化工原料，易壓縮冷凝、汽化，使得二甲醚在制藥、燃料、農藥等化學工業中有許多獨特的用途。如作為甲基化劑用于生產硫酸二甲酯，還可合成N,N-二甲基苯胺、醋酸甲酯、醋酐、亞乙基二甲酯和乙烯等；也可用作烷基化劑、冷凍劑、發泡劑、溶劑、浸出劑、萃取劑、麻醉藥、燃料、民用復合乙醇及氟里昂氣溶膠的代用品。 

煤制二甲醚是以煤為原料，經過原料煤氣化、變換、凈化（脫硫脫碳等）、甲醇化合成，得到的產物甲醇在固體催化劑的作用下，發生脫水反應生成二甲醚。國內外多采用含γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子篩作為脫水催化劑。反應溫度控制在280~340℃，壓力為0.5-0.8MPa。甲醇的單程轉化率在70-85%之間，二甲醚的選擇性大于98%。 

以100萬噸/年煤制二甲醚項目為例，其總投資約為80億元，單位產品投資約為8 000元/噸二甲醚。二甲醚產品作為石油替代類產品，國際原油價格波動對二甲醚項目的成本競爭力和經濟性影響較大; 當國際原油價格低于60 美元/桶，即使在坑口建設煤制二甲醚項目也不具備競爭力和經濟性。

綜上，以替代傳統石油化工的現代煤化工經濟性主要受到原油價格的影響。同時，同種產品不同項目的工藝裝置、原材料、內部管理、運輸條件、終端銷售環境等方面不同，其成本差異性較大。總體來看，隨著油價的提高，煤基化工產品 (乙二醇、烯烴)的經濟競爭力會優于煤基能源產品( 油品、二甲醚) ，即煤基化工產品的盈利能力比煤制能源產品的盈利能力更強。 

具體而言，從成本角度考慮，當油價 < 50美元/桶時，現代煤化工的經濟競爭力都不理想; 當油價位于60~70 美元/桶時，現代煤化工初具經濟競爭力，順序是: 煤制烯烴煤制乙二醇 > 煤制二甲醚 > 煤制油；當油價 > 70 美元/桶時，現代煤化工經濟競爭力進一步提升，煤制乙二醇效益最好，其次是煤制烯烴，而煤制油和煤制二甲醚基本相當。