煤炭加工与环保
在世界能源多元化、清洁化、低碳化转型的背景下[1]，以炼油化工、煤化工等为主能的全球能源化工行业正发生着深刻的变化，大批新技术、新工艺和新设备的研发和应用，加速了能源化工行业的转型和高质量发展。与此同时，世界范围内集技术和装备为一体的成套技术装备出口规模不断扩大，并通过集团效应有效拉动出口国设备制造、工程设计、EPC承包等行业的海外发展[2]。目前，能源化工技术装备出口主要掌握在欧美发达国家，比如丹麦[3]、美国等。近年来，随着我国能源化工技术达到国际领先水平，技术输出逐渐得到重视，2013年习近平总书记提出“一带一路”倡议构想[4]，能源产业及相关设备制造业的合作发展被多次探讨；2018年刘中民院士提出推动能源化工成套技术装备的出口，打造我国海外技术输出的“第3张名片”，大连化物所研发的DMTO工艺技术在同类技术中国内市场占有率最大，高达74.3%。由此可见，当下我国能源化工行业工艺技术已拥有十分扎实的基础，“一带一路”倡议为其提供前所未有的战略机遇，未来我国煤化工技术出口具有很大潜力，“走出去”势在必行。同时，俄罗斯、哈萨克斯坦等“一带一路”沿线国家大都具有较强烈的能源化工产业发展需求，特别是化石资源丰富、化工产业相对落后、经济上受到西方国家制裁的国家，急需引进国际先进能源技术装备，提升能源产业发展水平。这种强烈的能源化工产业发展需求为我国能源化工技术工艺出口提供了广阔空间。
层次分析法运用于某种现象评价或者风险评估已经十分成熟[5-8]，且模糊综合评判和层次分析法(AHP)等也已在评价技术输出相关方面被广泛应用[9-11]，如李烃等应用层次分析法与模糊综合评判法构建出口技术服务平台运行能力综合评价模型，郭菊娥基于AHP构建了陕西技术出口潜力评价指标体系。但目前，在煤化工领域尚未出现系统的评价指标体系和可用的计算模型来评价我国煤化工技术的潜在出口能力。综上，尝试采用层次分析法对煤化工技术潜在出口能力进行评价。
基于此，笔者通过调研构建煤化工技术潜在出口能力评价指标体系，基于层次分析法建立模型进行计算，选取煤化工领域代表性技术：煤气化技术—神宁炉、甲醇制烯烃技术—DMTO和煤炭间接液化成套工艺技术包(中科合成油)进行潜在出口能力评价，为我国煤化工技术出口提供前置评价体系。
煤化工技术潜在出口能力评价过程如图1所示。首先，通过问卷调研确定典型煤化工技术，并初步构建潜在出口能力评价指标体系；其次，向行业专家征求意见，修正评价指标体系，在此基础上由各专家打分计算各指标权重；最后，对各指标进行统计分析，形成出口能力评价量化结果。
图1 煤化工技术潜在出口能力评价流程
Fig.1 Flow chart of potential export capacity evaluation of coal chemical technology
建立潜在出口能力评价指标体系的目的是检验我国目前已有的煤化工技术是否存在潜在出口的价值与能力，为保障指标体系的全面性、客观性和合理性，同时考虑我国煤化工行业的发展，指标体系建立遵循3项约束性遴选原则。原则如下：① 性能与经济效益双优原则：即评价体系中有技术性指标、经济性指标；② 面向出口原则：即评价体系中有出口竞争力指标；③ 核心技术、关键零部件国产化原则：即评价体系中有技术自主可控指标。
基于以上原则，选取了3层共47个指标，构成了成套能源化工技术潜在出口能力评价的指标体系，如图2所示。该体系划分为目标层、准则层和指标层。其中，目标层为评价综合量化指标。准则层则从技术指标、经济型指标、出口竞争力指标和技术自主可控4个层面考虑，其中技术指标重点考虑转化效率、清洁程度、运营成本(投入物消耗)、规模负荷性能等是否达标，也可能会考虑技术的安全性；经济性指标重点考虑技术带来的年收益、投资收益、价格优势以及市场的投资规模；出口竞争力指标着重注意技术的商业化程度以及在国际市场的竞争程度；技术自主可控指标主要考虑知识产权保护力度与自主可控的能力，知识产权保护力度集中于国内外专利数量，自主可控的能力评价偏向于核心技术自主制造比例以及专利比例。
图2 煤化工技术潜在出口能力评价指标体系
Fig.2 Evaluation index system of potential export capacity evaluation of coal chemical technology
依据图2评价体系，向专家组发放指标层调查表，进行打分。专家组针对不同指标设置不同评定等级，具体见表1—表3。
表1 神宁炉方案层评价标准
Table 1 Ningmei furnace plan layer evaluation standard
方案层指标优良中差备注原料转化率98.5%以上96.0%～98.5%94%～96%94%以下碳转化率废水排放参数500以下500～600600～700700以上COD,单位:mg/L废气(含碳排放)排放参数[0,40)[40,50)[50,60)[60,+∞)NOx,单位:mg/m3能源消耗参数81.5%以上77.0%～81.5%75%～77%70%～75%冷煤气效率原材料消耗参数40%以上30%～40%20%～30%20%以下装备产能规模120 000以上110 000～120 00090 000～110 00090 000以下单位:Nm3/h装备负荷可调整范围60%～120%60%～110%40%～90%其他已建成项目故障频率5%以下5%～7%7%～9%9%以上稳定运行时间95%以上90%～95%85%～90%85%以下安全事故次数0122以上
表2 DMTO方案层评定标准
Table 2 DMTO plan layer evaluation standard
方案层指标优良中差备注产品转化率30%以上20%～30%10%～20%10%以下混合乙烯丙烯的收率能源消耗参数率1 883 700以下1 883 700～2 093 000单位为kJ/t,反再部分,不含分离水消耗参数率 1 883 700以下 1 883 700～2 093 000 2 093 000～2 302 300 2 302 300～2 511 600 反再部分,不含分离催化剂或其他资源消耗参数1%以下1%～2%2%～5%5%以上催化剂占产品成本的比例原材料消耗参数3 t及以下3～5 t5～7 t7 t以上甲醇单耗/吨产品装备产能规模80以上30～8010～3010以下数据为烯烃产能,单位:万t/a装备负荷可调整范围60%～120%50%～100%40%～90%其他已建成项目故障频率低于1%1%～2%2%～3%3%以上稳定运行时间6 000以上5 000～6 0004 000～5 0003 000～4 000连续运转时间,单位:h安全事故次数0122以上NPV(投资净现值)20以上10～205～105以下投资净现值指未来资金(现金)流入(收入)现值与未来资金(现金)流出(支出)现值的差额,单位为亿元(税前)IRR(内部效益率)10以上5～101～51以下净现值为零时的折现率,单位为亿元(税前)已建成项目年经济效益或节约成本8以上5～82～52以下年利润总额,单位:亿元
国内技术许可合同数量10以上5～101～51以下国外技术许可合同数量1000国内化工产品市场占有率50%以上40%～50%30%～40%20%～30%成套装备中装备或核心零件自主制造比例大于90%80%～90%70%～80%70%以下
表3 煤炭间接液化成套工艺技术包方案层评定标准
Table 3 Indirect coal liquefaction complete technology package plan layer evaluation standard
方案层指标优良中差备注能源消耗参数40%以上35%～40%30%～35%25%～30%该数据为煤制油过程中的能源利用率水消耗参数55～77～99以上生产吨油耗水/t催化剂或其他资源消耗参数1 000以上800～1 000600～800600及以下吨催化剂的产油量原材料消耗参数2.8～3.03～3.23.2～3.43.4以上产品单耗(折算成标准煤)装备产能规模48以上45～4840～4540以下每年每台机器产油量/万t装备负荷可调整范围30～10040～9050～8040～70每年每台机器产油量/万t已建成项目故障频率012大于2单位:次稳定运行时间5 a以上3 a以上2 a以上1 a以上安全事故次数012大于2国内技术许可合同数量5及以上3～51～30国外技术许可合同数量1及以上000国内化工产品市场占有率80%以上70%～80%60%～70%50%～60%技术许可合同总金额(近5 a)7亿以上5～7亿3～5亿3亿以下国际同类技术拥有企业数量52～51～20国内发明专利数量50以上30～5010～3010以下国外发明专利数量5以上2～51～20《专利合作条约》成套装备中装备或核心零件自主制造比例100%95%～100%90%～95%90%以下成套装置中专利自主比例100%95%～100%90%～95%90%以下
注：定量和定性指标均分为优良中差：优95分、良85分、中70分、差50分。
续表
方案层指标优良中差备注国内技术许可合同数量40以上30～4020～3020以下国外技术许可合同数量1以上000技术许可合同总金额(近5 a)10以上7～105～75以下单位:亿元国内发明专利数量15以上10～155～105以下国外发明专利数量2以上100成套装备中装备或核心零件自主制造比例100%95%～100%90%～95%90%以下成套核心装备“气化炉和烧嘴”成套装置中专利自主比例100%95%～100%90%～95%90%以下成套核心装“气化炉和烧嘴”
1)神宁炉评价标准：P1中，废水和固废排放参数采用定性评价，废气排放参数统一考虑NOx的排放量；因投煤量和不同厂区的管理制度差异，水消耗参数评价无法统一，因此评价时水消耗参数不予考虑；因无催化剂的使用，评定时不使用催化剂或其他资源消耗参数；根据问卷的反馈情况和数据获取的难度，制造成本和P2的指标层采用定性指标；国际同类技术拥有企业数量在评估中意义不大，因此在煤气化的指标评定中该项指标不予考虑。
2)DMTO评价标准：P1中，该工艺生产过程中没有废水、废气的直接产生，工艺固废也大多交由有处理资质的单位处理，因此不考虑三废排放参数；P2中，不同化工产品市场价格不同，如聚乙烯7 800～9 030 元/t(7月华东市场)、聚丙烯8 400～10 050元/t(7月华东市场)，因此评价化工产品价格/同类产品优势程度不能单独只用一个数据来评估，将其优化为定性指标。
3)煤炭间接液化成套工艺技术包评价标准：P1中，煤制油产品丰富且三废成分复杂，不能用一个指标概括，因此产品转化率、三废排放参数采用定性指标；因原材料的差异性，其消耗参数不具有统一评价性，该参数不予考虑；P2中，考虑到煤制油的工艺特点，不同原材料的使用和产品类别的差异都会影响工厂经济指标的评价标准，因此指标均采用定性评价。
层次分析法(AHP)是由美国运筹学家Saaty在20世纪70年代初提出的对复杂问题作出决策的一种简单方法[12]。其基本原理是将与复杂问题的决策相关的元素系统划分为目标、准则、方案等层次，逐层对单一层次元素进行比较判断和估算，最终获得总体目标数据[13]。具体过程如下：
1)根据潜在出口能力指标体系设计调查表，向专家组中的领域专家发放调查表，请各位专家对潜在出口能力指标体系的指标层开始进行打分，从而得出各层次指标间的相互重要程度[14]。判断矩阵相对重要性的程度可以分别用1～9及其倒数进行标度[15]。
2)根据所列判断矩阵计算的最大特征值及特征权向量，即得到指标权重。
3)利用一致性比率CR(一致性指标C和随机一致性指标R之比)作一致性检验，若CR<0.1则通过一致性检验，否则调整判断矩阵，直到满意为止[16]。若判断矩阵一致，权向量即为各指标权重值。
数据主要来源于国家统计年鉴的能源化工行业相关数据，中国石油和石油化工设备工业协会、中国石油行业网上公布的数据，问卷调研法专家反馈的数据以及各企业(国家能源集团宁煤公司、大连物理化学研究所旗下的新星化工有限公司、中科合成油技术有限公司等)调查反馈的各项技术的相关数据。
根据问卷反馈，成套煤化工技术多是神宁炉、DMTO,mvr等。基于资料比较，发现：国内畅销的煤气化技术——神宁炉由国家能源集团宁煤公司开发完成并具有自主知识产权，其一系列优势打破了国外技术的垄断[17]；甲醇制烯烃技术—DMTO为大连化物所的专利专有技术，其使用的SAPO-34分子筛催化剂是由大连化物所在世界上第1个宣布使用的，而且DMTO已经申请和被授权了40余件专利[18]；煤炭间接液化成套工艺技术包(中科合成油)中的技术成熟度、制造成熟度比较好，但是缺少海外市场。综上，选择神宁炉、DMTO及煤炭间接液化成套工艺技术包作为代表性煤化工技术进行评价。
基于以上计算，获得到各层指标权重值，如图3所示。经分析，发现在煤化工技术潜在出口能力评价体系中，P2和P4权重值最大，即2者对潜在出口能力评价影响最大。P2用以评价技术所带来的经济效益，投资者最看重的就是经济效益，其受转化效率的影响显著，P1的转化效率权重(0.341)和P2的投资项目经济收益权重(0.500)即可体现。成套装备中装备或者核心零件自主制造比例以及专利自主比例一定程度上反映技术能力的自主可控，核心设备的自主制造率越高说明该设备对外部依赖越小，成套出口的可能性更大。
图3 准则层权重分布
Fig.3 Rule layer weight distribution map
对主要工艺技术进行评价，评分结果由高到低分别为煤气化技术——神宁炉(90.82分)、甲醇制烯烃技术——DMTO(89.92分)、煤炭间接液化成套工艺技术包(中科合成油)(87.21分)；准则层和商业化程度指标层评价指标对比结果如图4和图5所示。由图4可知，在P1,P3,P4方面，国家能源集团的神宁炉皆略高于其他设备或技术，尤其是P3指标；DMTO的四大指标分数均较为居中，且P2略高；煤炭间接液化成套工艺技术包基本处于末尾，其潜在出口能力低于其他技术。
图5 典型煤化工技术商业化程度分数
Fig.5 Commercialization degree score of typical coal chemical technology
由图4和5可知：国家能源集团神宁炉的国外技术许可合同数量领先于其他设备或技术，是其评分最高的重要因素之一；DMTO技术自主可控性高，但是目前其国外技术许可合同几乎没有，这也成为DMTO评分排名第2的原因；煤炭间接液化成套工艺技术包技术成熟度、制造成熟度比较好，但其投资难度大、准入门槛高，国外技术许可合同数量为0，国外技术许可合同数量低说明其商业化程度不足，商业化程度高能给项目产生更多的经济效益，反之，商业化程度不足项目的利润也会被压低，这是其本次评分最低的原因之一。综上可得：
图4 典型煤化工技术准则层分数
Fig.4 Tier scores of typical coal chemical technology standards
1)国际商业化程度低，投资规模小，海外竞争力不强是限制我国能源化工行业走出去的关键因素之一。国家能源集团神宁炉因具有海外业绩，投资规模拓展范围广，应用程度高；DMTO和煤炭间接液化成套工艺技术虽工艺成熟、自主可控性高但没有海外业绩，国际商业化程度低，这也是二者评分稍逊于华神宁炉的重要原因之一。同时，从国家能源集团神宁炉、DMTO等技术可看出我国能源化工设备总体基本成熟、实力较强，但是截止2019年全球化工50强中国仅占4席[19]。相比之下，其他国际化工企业拥有获得国际投资的青睐的优势，而我国该行业对国际投资的吸引力与规模都较小，竞争力不足。
2)国际技术许可、专利数量少，产品国际化认证不够。DMTO为国内比较成熟并先进工艺，相比UOP/Hydro公司的UOP-MTO技术，DMTO催化剂性能优异，原料单程转化率高，低碳烯烃选择性好，但是在海外技术许可授权方面，DMTO并未有显著的业绩，而国内内蒙古久泰能源公司、鲁西化工集团股份有限公司、惠生工程技术服务有限公司等多家企业已被授权使用UOP-MTO技术。
3)成套能源化工技术的核心技术水平亟待提高。基于数据反馈以及资料查询，发现国内部分成套技术转化效率欠佳、能耗较大，其核心技术研发水平亟待提高，如电厂脱水废水分盐结晶技术和泥低温带式干化成套设备虽实现国产，但其部分核心部件或材料仍为国外进口。同时，2014年几家特大型公司的主要数据表现出：低端产品产能过剩；高端产品缺乏基础，严重依赖进口，引进量大且进口均价高的材料国内产量较少，甚至质量不符合客户公司标准；即使国内具有自主生产能力，部分技术仍依靠外国进口专利引进，国内技术水平存在欠缺，呈现出“大而不强”的态势[20-21]。
依据指标遴选原则，筛选出技术指标、经济指标、出口竞争力指标、技术自主可控指标四大指标，构建适用于国内已有的具有输出潜力的煤化工技术的评价指标体系；基于层次分析法(AHP)完成典型煤化工技术的潜在出口能力评价，评价结果表明：整体而言，煤气化技术—神宁炉、甲醇制烯烃技术—DMTO、煤炭间接液化成套工艺技术包(中科合成油)评分依次降低；从出口竞争力角度出发，发现国外技术许可合同、专利数量以及核心技术水平等是关键制约因素。
根据评价结果提炼出的问题，提出以下建议：① 完善成套能源化工技术出口的政策体系，加强能源化工成套技术出口的政策扶持，为能源化工成套技术出口创造有利的制度环境和高效的运营环境。依托“一带一路”倡议，主动开展能源外交，加强与沿线国家，以及非洲、拉美等地区能源富集国家开展双边、多边国际能源化工领域合作的力度，为国内能源化工相关企业的海外输出创造更为广阔的市场空间；运用多种经济、金融手段支持成套能源化工技术出口，为能源化工成套技术出口提供较为完善的经济金融服务；② 抓住“一带一路”机遇，加快适应与市场化、国际化接轨的全球规则，推动产业结构转型升级。加强行业发展引导，保持与发改委、能源局、中国驻外使领馆等政府部门和各大型金融机构的联系与沟通，以了解国内外各政策的有关最新动向以及解决资金难题；同时大型能源类央企发挥引领作用，引导能源化工产业上下游企业合作，促进产业整合，提升产业链技术集中度，带动设备制造商、工程项目EPC承包商、工程建筑商以及相关企业或公司一起走向海外市场，形成集团效应，带动行业链整体科学、健康、可持续发展；③ 加强自主研发创新，提升工艺技术水平，树立国际品牌形象。企业应大力提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力，积极寻求与高校、科研院所合作、交流学习，加强自主研发创新，构筑和保持自己在某一领域的优势。同时传统化工行业应该加强“两化融合”，从智能化、数字化与网络化3个层面转型升级，进一步提高设备性能，提升国际竞争力。
[1] 邹才能,赵 群,张国生,等.能源革命:从化石能源到新能源[J].天然气工业,2016,36(1):1-10.
[2] JAYARAMANS. Business & technology strategies to promote the development and commercialization of alternative energy technologies like fuel cells[J],2007.
[3] 董彩霞.丹麦能源技术出口前景[J].世界环境,2016(3):68-70.
DONG Caixia. The prospect of the Danish energy technology export[J].World Environment,2016(3):68-70.
[4] 罗 芳.“一带一路”背景下中国出口贸易新发展研究[J].齐齐哈尔大学学报(哲学社会科学版),2015(12):56-58.
LUO Fang. New development of china export business under the policy of One Belt and One Road[J]. Journal of Qiqihar University(Philosophy and Social Science Edition),2015(12):56-58.
[5] 詹金武,李 涛,李 超.基于人工智能的TBM选型适应性评价决策支持系统[J].煤炭学报,2019,44(10):3258-3271.
ZHAN Jinwu,LI Tao,LI Chao. Decision support system of adaptabmty for TBM selection based on artmcial intelligence[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(10):3258-3271.
[6] 张科学,亢 磊,何满潮,等.矿井煤层冲击危险性多层次综合评价研究[J].煤炭科学技术,2020,48(8):82-89.
ZHANG Kexue,KANG Lei,HE Manchao,et al. Research on multi-level comprehensive evaluation of coal seam rockburst risk in underground mine[J]. Coal Science and Technology,2020,48(8):82-89.
[7] 曹现刚,雷一楠,宫钰蓉,等.基于组合赋权法的采煤机健康状态评估方法研究[J].煤炭科学技术,2020,48(6):135-141.
CAO Xiangang,LEI Yinan,GONG Yurong,et al. Study on health assessment method of shearer based on combination weighting method[J]. Coal Science and Technology,2020,48(6):135-141.
[8] LYU Haimin,ZHOU Wanhuan,SHEN Shuilong,et al. Inundation
risk assessment of metro system using AHP and TFN-AHP in Shenzhen[J]. Sustainable Cities and Society,2020,56.
[9] 梁燕群.我国高新技术产品出口贸易创新能力评价指标体系研究[J].科技进步与对策,2009,26(11):128-131.
LIANG Yanqun. Study on the evaluation index system of innovation ability based on China’s exports of high-tech products[J]. Science & Technology Progress and Policy,2009,26(11):128-131.
[10] 李 烃,姜梦楚,陈 敬,等.基于AHP-FCE模型的珠海进出口公共技术服务平台运行能力评价实证研究[J].科技管理研究,2017,37(3):119-124.
LI Ting,JIANG Mengchu,CHEN Jing et al. Empirical study on evaluation of Zhuhai public technical service platform for import & export based on AHP-FCE[J]. Science and Technology Management Research,2017,37(3):119-124.
[11] 郭菊娥.层次分析法在陕西技术出口研究中的应用[J].系统工程理论与实践,1992(1):63-68.
GUO Ju’e. Application of AHP in technical exports of Shaanxi[J]. Systems Engineering-Theory & Practice,1992(1):63-68.
[12] SAATY T L. Axiomatic foundation of the analytic hierarchy process[J]. Management Science,1986,32(7):841-855.
[13] 赵 红.层次分析法在定量分析中的应用[J].中国公共安全(学术版),2010(1):134-136.
ZHAO Hong. Analytic hierarchy process in quantitative analysis[J]. China Public Security. Academy Edition,2010(1):134-136.
[14] THOMASL Saaty,YEONMIN Cho. The decision by the US congress on China’s trade status:a multicriteria analysis[J]. Socio-Economic Planning Sciences,2001,35(4):243-252.
[15] THOMAS L Saaty. How to make a decision: the analytic hiera-rchy process[J]. Interfaces,1994,24(6)：19-43.
[16] 焦树锋. AHP法中平均随机一致性指标的算法及MATLAB实现[J].太原师范学院学报(自然科学版),2006(4):45-47.
JIAO Shufeng. The algorithm of mean random consistency index in ahp and its implementation[J]. Jounal of Taiyuan Normal University(Natural Science Edition),2006(4):45-47.
[17] 陈 佳.神华宁煤自主研发“宁煤炉”[N].中国化工报,2014-04-08(002).
[18] 王 丹,李 慧,史 芸,等.甲醇制烯烃技术中国专利申请状况分析[J].中国发明与专利,2014(12):45-48.
WANG Dan,LI Hui,SHI Yun et al. Analysis of patent application status of methanol to olefin technology in China[J] China Invention & Patent,2014(12):45-48.
[19] 2018年全球化工50强[J].环球聚氨酯,2019(8):44-56.
Global top 50 chemical companies of 2018[J]. PuWorld,2019(8):44-56.
[20] 白 颐.“十二五”我国石化行业发展分析[J].化学工业,2010,28(8):1-6.
BAI Yi. Analysis on China petrochemical industry development during the twelfth five-year plan period[J]. Chemical Industry,2010,28(8):1-6.
[21] 李寿生.开创新时代石油和化工行业高质量发展新局面[J]. 中国石油和化工,2020(1):4-9.
LI Shousheng. Innovation leads high-end breakthrough,opens up a new situation of high-quality development in petroleum and chemical industry[J]. China Petroleum and Chemical Industry,2020(1):4-9.