2030年我国人口将达到15亿人。2050年，GDP将在现有基础上增长两倍（前15年增长1.2倍，后15年增长0.8倍）；能源消费需求前15年预计年增长1.8%左右；后15年增长1.2%左右；能源消费结构将发生显著变化：包括生物燃料在内的可再生能源占比将由18%提高到30%以上，煤炭在能源消费中占比将由57%下降到40%左右，石油和天然气占比30%。煤炭仍将是我国第一消费能源。
现代煤化工技术在取得成功示范的基础上，今后30年必须在关键核心技术上取得突破，创新一批重大技术成果，使现代煤化工生产流程简化，投资降低，物质消耗和生产成本大幅下降，产品质量和性能不断提升，国际竞争能力显著提高。只有努力创新，紧跟工业革命的步伐，从技术和工程上取得重大突破，才能使现代煤化工产业可持续发展，在市场竞争中立于不败之地。今后30年现代煤化工别无选择，必须在技术创新突破上下决心背水一战，否则没有出路。
1、煤气化技术
煤气化技术是现代煤化工技术的龙头，是最重要的关键技术，对现代煤化工投资和生产成本影响较大。以180万吨甲醇为例，煤气化占生产装置投资（含空分）的40%~45%，占甲醇生产成本的55%~60%，可见煤气化在现代煤化工中的重要性。目前干法粉煤气流床气化技术，其煤气成分中CO高达65%（Vol）以上，H225%，H2/CO=0.385，而甲醇生产要求H2/CO比为2.1，煤制油合成气H2/CO比为1.68，为了满足高H2/CO比的要求，就需要对CO进行变换制H2，产生大量CO2，造成煤气净化的变换，脱CO2投资加大，能耗增加；因此需要开发合成气H2/CO高的煤气化生产工艺，最好选择水煤浆气化技术（H2/CO比为0.8），只需要将20%~25%的CO经变换即可达到H2/CO比1.68~2.1的要求。煤气净化的变换，脱碳装置能力只有粉煤干法气化的一半，投资、能耗均大幅度降低。为此，建议今后30年煤气化技术应在以下几个方面下功夫取得突破。
（1）干法高温、高压气化技术的突破
美国芝加哥煤气化研究院（GTI）完成的高温（2600℃）、高压（8.16Mpa）R-GAS干粉气化技术试验装置，Φ152mm气化试验炉每天气化煤量18~50吨，碳转化率＞99%，（CO+H2）＞90%，灰渣含C＜1%，炉内气化介质停留时间0.5秒（国内干法气流床气化停留＞5秒），同样产气量其炉内容积只有其它干法气化炉的1/9，大幅度降低气化装置的建设投资，每天气化3000吨煤的R-GAS气化炉内径仅1~1.2m，投资降低50%，成本及能耗可降低20%~30%；2017年6月GTI技术与山西阳煤集团签订日气化800吨煤的工业示范协议。若该示范项目成功，将是煤气化技术的重大突破。
（2）干法和湿法一体化新型煤气化炉
研究设计干法与湿法结合的一体化气流床创新型气化炉，吸收干法和湿法两者的优点，利用干法高温气化的热能气化水煤浆，可大幅度降低单位合成气（CO+H2）的氧耗和煤耗，同时将水煤浆浓度由65%提高到70%，达到气化用水的自平衡。冷煤气效率达到90%的高水平是有可能的，这将是煤气化的突破性技术。
（3）水煤浆气化技术的进一步提高
一是将水煤浆浓度提高到70%以上，减少水入炉量，降低水耗、能耗；二是采用冷壁炉将气化温度提高到1500℃以上，废热锅炉副产蒸汽，提高热利用率；三是加入部分CO2作为气化剂替代O2气，降低O2耗，减少CO2排放，减少煤耗；四是提高气化压力至9.0Mpa，取消合成气压缩机，实现甲醇等压合成。水煤浆气化压力8.7Mpa，与6.5Mpa气化相比，甲醇生产原料煤消耗降低3%，能耗降低40%，处于国际领先水平。
（4）利用太阳能、CO2和水生产合成气
2019年10月，美国每日科学网站报导，英国剑桥大学经7年研究，演示了一种碳中性设备（称为人造树叶），将CO2和水转化为合成气（CO+H2）。该技术关键是研制钴催化剂、5~10纳米颗粒铜基催化剂或胶状二磷化银纳米晶体催化剂。
另外，2020年1月英国《自然·能源》期刊报导，低温催化剂可低碳生产合成气，开发了镶嵌着钌原子的微小铜球纳米颗粒催化剂，将CO2和CH4催化转化为合成气。
（5）BP《世界能源统计年鉴》2018年我国CO2排放量94.287亿吨，占世界排放总量的27.8%，居世界第一位。CO2减排是制约煤化工发展的重要因素，将CO2作为碳资源转化为合成气是今后必须突破的重大技术难题。2050年前我国总体实现碳中和是向世界气候大会的承诺。CO2减排刻不容缓。
（6）煤与天然气共气化技术
根据煤炭中碳多H2少、天然气H2多碳少的特点，两者在同一气化炉中进行共气化，实现碳氢互补，热能互补，提高H2/CO比例，适应后续加工产品的要求，降低煤和天然气、氧气，蒸汽（水）消耗，总体可降低能耗，减少CO2排放。西北化工研究院2015~2017年完成了煤和天然气共气化的技术开发和工业示范，取得良好效果。煤气（干基mol%）中H252.63%、CO39.26%、CO27.38%，合成气（CO+H2）92.29%；H2/CO比为1.341。通过天然气加入量可调节H2/CO比为0.8~1.5的合成气。煤中碳转化率达99.18%，天然气甲烷转化率99.99%，冷煤气效率82.86%；气化压力3.0~6.5Mpa，温度~1350℃；运行指标优于现有煤或天然气单独气化的实际指标。除天然气外，焦炉气，中低温煤热解煤气，高炉煤气、炼油厂排放的有机气体等均可与煤共气化。
1、合成气一步法制取低碳烯烃技术
中科院大连化物所开发的合成气一步法制低碳烯烃、芳烃技术，取消中间产品甲醇的产生，大大简化了工艺流程，具有目标产品选择性高、投资少、成本低、综合能耗低、废水排放少、环境更友好等优势。该技术关键是研发了双功能“复合型催化剂”，并在温和的反应条件下实现一步法合成烯烃、芳烃，进一步深加工生产高端精细化学品。这是我国现代煤化工技术的重大突破。
2、两段式等温反应器合成甲烷技术
华能集团清洁能源研究院与甘肃华亭煤业集团合作开发并建成100m3/h等温反应器两段式合成气甲烷化试验装置。2017年6月打通全流程，到8月底运行1080小时。一段等温反应器热点400℃，时空产率增大一倍，催化剂寿命预计3年以上。同年8月通过全国煤炭协会专家72小时考核鉴定。
该技术与引进的甲烷化技术相比，工艺流程缩短简化，投资、综合能耗、甲烷成本均大幅度降低。打破国外甲烷化的技术垄断。
3、合成气中高压法制乙二醇技术
上海戊正工程技术公司，开发的中高压合成气制乙二醇及配套的催化剂，建成百吨级中试装置进行长周期验证运行。形成第二代EG专利技术（STEG-Ⅱ）,羰基化和酯化反应压力由0.2~0.5Mpa提高到了1.0~5.0Mpa，加氢反应器压力由2.0~3.0MPa提高到3.5~10.0Mpa；二代技术羰化反应器能力由15万t/a提高到80万t/a，酯化反应器能力提高4倍，加氢器反应能力提高8倍。工艺流程简化，反应器台数大为减少，单系列一台反应器产能可达40~60万t/a；物耗、能耗、投资、成本、占地面积明显降低，吨产品耗水量减少50%，戊正公司与环球工程公司合作，完成40万吨EG设计工作，正在建设两套示范项目。该技术示范成功，将是EG生产技术的重大突破。
4、合成气制乙醇技术
在中科院大连物化所完成30t/a中试基础上，与兴化集团合作建成国内首套10万t/a合成气制乙醇工业示范装置。每吨乙醇消耗合成气0.7吨，耗甲醇0.75吨，该技术催化剂和工艺技术仍有较大的优化提高潜力。目前正在榆林建设50万t/a大型工业化生产装置。
5、煤制油（直接、间接法）技术
直接法和间接法煤制油技术，在实现大型工业化基础上，仍需进一步从全系统工艺优化、新型催化剂开发、重大关键反应器设计、自动控制和本质安全、网络化、数字化等多个方面继续开展技术创新，不断提高技术装备水平，应对国际原油价格波动给煤制油造成不利影响。
1、碳捕集的难点是燃煤锅炉烟气中CO2的捕集，因烟气排量太大，温度高，CO2含量低（7%~8%），碳捕集成本高，燃煤烟气碳捕集突破技术经济问题是关键。
煤气化煤气中CO28%~19%，但气量不大，温度不高，用物理化学法脱除CO2，回收的CO2浓度可达98.5%以上，可作为尿素、碳酸氢铵、纯碱、碳酸盐的生产原料资源化利用，技术已成熟并实现工业化应用，今后应进一步优化提高技术水平，降低能耗和成本。
2、CO2减排技术，国内外正大力开展新技术研发工作，总体尚未取得实质性突破，已发表的研究成果显现出好的苗头。主要有：
（1）人造树叶。利用太阳能光合原理，将CO2、水、O2制合成气（CO+H2）或液体燃料（甲醇、汽油）。
（2）森林（含草原）碳汇。联合国气候研究小组，在秘鲁4.3万平方公里热带雨林进行研究测试，结果每公顷森林每年可吸收CO2336~503吨。亚马逊流域有550万平方公里的雨林，能储存900~1400亿吨CO2，有助调节全球气候变暖。对抗全球变暖的最有效方法是大量植树。
我国提出每年植树造林700~1000万公顷，要求到2030年，森林覆盖率由建国初的8.6%提高到21.66%，新增造林面积4000万公顷，每年可吸收CO2134.4亿m3。《巴黎协议》我国承诺，2030年单位GDPCO2排放比2005年下降60%~65%。植树造林承担着我国CO2减排的主要任务，是行之有效的措施之一。
（3）今后30年应大力发展H2能源及绿色甲醇燃料电池。山东理工大学与清洁能源工程技术中心合作开发的甲醇燃料电池，采用廉价的模拟生物酶催化剂，经4年研发已取得技术突破。以甲醇水溶液为原料，工作温度从室温到135℃，可生产直流电向外供电。既解决甲醇产能过剩，也可生产清洁的电能。
H2是最清洁的能源。H2能源难点是解决廉价H2的生产技术。应加快开发低成本制H2技术，力争取得突破。另外应研究石油和化工副产H2的利用。例如电解法烧碱副产H2。
（4）CO2和H2合成制甲醇，日本三菱化学在大阪建成100t/d产能的CO2和H2生产甲醇工业试验装置并运行成功。该技术要解决两个问题才能具有经济价值和推广应用，首先要有廉价H2供应，其次要有高效的催化剂。
（5）新型导水膜将CO2高效转化为甲醇。美国伦斯勒理工学院研制一种新型导水膜，可将CO2高效转化为甲醇，采用铜—锌—钒催化剂，在导水膜作用下，每克催化剂产出甲醇从339mg提高到809mg，提高了近2.4倍（H2来源于水）。
（6）反向燃料电池。可将CO2转化为化工产品（如乙烯和其它产品）速度加快10倍。与氢燃料电池相反的设备叫电解器，用它来驱动化学反应，将CO2转化为乙烯等碳基分子，其生产原料为气态CO2，液体水的H2离子，金属（铜）催化剂，取得技术突破，另外美国和加拿大科学家合作，研发了一种铜和铁纳米颗粒催化剂镶嵌在太阳能电池板上，利用太阳能分解CO2和水，用于甲烷合成。
现代煤化工是水和能源消耗大户，煤资源丰富地区又是水资源缺乏地区，水资源已成为现代煤化工发展的重要制约因素。
1、节水技术潜力很大。
一是北方和西北地区常年平均气温在10℃以下（如能源金三角地区），可以空冷代替水冷，大量节约冷却用水；二是水零排放，加强中水回用；三是生产过程中副产水应100%回收利用（合成油、烯烃副产56%~60%的生产水）；四是热动平衡，采用“夹点技术”先进设计方法，避免生产过程中的冷热交替的弊端；五是循环水密闭循环，消除敞开式循环水蒸发造成新鲜水的补充量加大。
2、节能技术。
一是化学反应热充分利用；二是低位热能（如100℃以下废气、蒸汽、热水）利用，大型化以后丢掉的这部分能量是很大的；三是工艺本质优化及技术革命寻求最大的节能点；四是大力采用节能的电气设备和动力设备，如变频电机、节能灯具、高效低损耗变压器、电机、电缆等；五是原料煤及其它原料实行精细化、多元化。不鼓励“吃粗粮”。
根据我国能源资源地域分布特点，现代煤化工产业应集中向煤、油、气，特别是煤资源丰富地区布局（如晋、陕、蒙、宁、甘、新疆），如能源“金三角”地区，做到统筹规划。符合最近中央公布的加大西部大开发的政策，符合一带一路国家发展大战略。
新的工业革命必须打破行业隔离封闭状态。现代煤化工与石油化工、电力、油气产业之间应取长补短，优势互补，只有煤—油—化—电一体化融合发展，才能做到资源利用效率最大化，经济效益最大化，生态环境最优化。根据各个地方及工业园区综合条件规划布局不同的产业融合多联产模式。
H2作为动力燃料，燃烧后只生成水，没有任何污染。现代煤化工都有煤气化装置，煤制H2成本最低，有条件发展H2能源，作为现代煤化工的产品之一适时发展。但要配套做好H2储存设施，运输设施和加H2设施三件事，形成上下游一体化的生产销售产业链。
提升产业现代化、自动化、智能化水平，建设智能型现代煤化工企业。现代煤化工和石油化工都是连续性生产，自动化水平要求很高，安全生产要求十分严格，通过信息化、数字化、智能化技术，实现工厂高端化、长周期、满负荷稳定安全运行。
1、国家能源局2017年发布的《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》中，列入低阶煤分质利用新建项目5个，总加工能力3830万吨原煤，其中榆林地区3300万吨，占86.2%，要求热解炉单系列加工能力100万吨/年以上。陕煤集团双循环快速热解炉（SM-SP）150万吨/台能力，焦油收率高达18.17%。将焦油、煤气、半焦，分质清洁高效利用。
2、低阶煤低温热解，应着重研发新的热解技术，如催化热解、加压热解等新一代技术，提高焦油收率和热解效率；研发煤焦油加工提取精酚、吡啶、咔唑等精细化工产品、焦油全镏分加H2制芳烃和烷基油等新技术；研发半焦利用技术：如用做气化原料、高炉喷吹料、锅炉燃料、工业窑炉燃料、民用清洁燃料、碳素材料原料等，实现半焦清洁高效利用。统筹低阶煤以热解为龙头，作为系统工程进行规划设计，以不同模式开展技术研发和工业示范，实现煤炭多元化、多联产清洁高效的利用目标。
预计到本世纪中期世界石油资源会逐渐减少，原油价格会上升，煤炭价格下降，以此为预测背景。
1、煤制油达6000~7000万吨（含热解焦油），占国内原油产量1.5~1.8亿吨的30%~40%。
2、煤制烯烃达4000~5000万吨，占国内消费量的40%左右。
3、煤制甲醇、乙醇燃料1.2~1.5亿吨，占国内油品消费量的30%~35%。
4、乙二醇、芳烃、Dmmn及其它化工产品占20%~25%。
总体占比可达到30%左右。石油对外依存度从72.6%降至55%以下。
1、温室气体排放预测
温室气体主要有CO2占85%，CH4占6%，其它占9%，重点是减排CO2。
我国CO2排放中煤发电及热力占48.7%，建材占27%；按照“巴黎协议”要求，2050年全球达到碳中和（碳排放与减排平衡）的要求，现代煤化工CO2排放达到碳中和，预计应减排CO26~7亿吨。
2、单位产品耗水量总体减少50%，废水达零排放。
3、单位产品综合能耗、能效预测目标
序号 |
项目 |
单位 |
2030年 |
2050年 |
备注 |
1 |
煤转化系统能效 |
% |
52 |
60 |
不含煤开采、运输 |
2 |
煤制油（间接法） |
% |
46 |
50 |
高温与低温法结合 |
3 |
煤制烯烃、芳烃 |
% |
38 |
48 |
50年为合成气一步法 |
4 |
煤制天然气 |
% |
57 |
62 |
两段反应器代替四段式 |
5 |
低阶煤热解 |
% |
＞80 |
＞90 |
气流床粉煤快速热解或催化热解 |
1、煤直接制油（催化热解）一次产油率达到30%以上；
2、煤油（焦油、渣油）共炼加氢一步法制油品、化工产品大型工业化；
3、CO2资源化生产甲醇、甲烷、烃类产品实现产业化；
4、利用太阳能光合作用，合成化学品及汽油，光合催化在现代煤化工产业中实现工业化应用；
5、研发在一台反应器中完成两种及以上产品的合成技术及配套的特种催化剂，大幅减少化学合成的过程及设备。
现代煤化工每种产品的生产过程都要使用一种或几种催化剂，多台化学反应器，能否开发一种复合型高性能廉价的催化剂，将会大幅提高反应速度、产品收率和降低反应压力和温度，使化学反应条件变得温和，达到设备投资、能耗、成本降低，产品质量、性能提高的最佳目标。
因此，现代煤化工要研发颠覆性突破性技术，首先必须从新型高性能催化剂研发上取得突破。例如：一步法合成气制烯烃，芳烃；合成气一步法制乙醇；合成气一步法在同一反应器内生产甲醇和二甲醚，两种产品产出比例可在一定范围内进行调节；反向H2燃料电池（电解器），可将CO2和水在铜催化剂作用下转化为乙烯等碳基分子的化工产品等等。这些新技术的实现过程，催化剂起着关键性作用。
2050年中国现代煤化工创新发展的技术突破，是现代煤化工高水平可持续发展的前提。需要全行业人士集思广益，探索研究现代煤化工今后30年可持续发展的方向和路径，寻求技术突破口，培养高级技术人才，对现代煤化工产业健康发展，不断前行是十分必要的。
本世纪中期化石能源仍将是重要能源，预计占比在50%左右，化石能源的利用方式将发生革命性变化。我国国情决定了煤炭将是我国的重要能源，利用方式会发生根本转变，全面实现“清洁高效和碳中和”的目标，面对世界气候变化的严峻现实，今后30年必须集中人力物力加大现代煤化工突破性和颠覆性新技术的研发力度，紧跟世界前沿技术发展步伐，赶超世界先进水平，为我国经济和社会发展提供物质基础。
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