我國現代煤化產業經過“十一五”以來的工程示范和推廣，無論是在產業關鍵技術突破、重大裝備自主化研究，還是在產品品種開發和生產規模等方面，都取得了較大的進展。“十二五”期間，各個大型煤化工示范裝置先后投產運行，一個新型現代煤化工產業的雛形在我國初步形成，這是我國獨立自主的創舉。但令人遺憾的是，我國煤化工在發展中也受到了單位產品水耗高的制約。
煤化工的耗水量到底有多高?
煤化工受到水耗制約，可以從兩個方面來理解。
一方面，我國的產煤區通常處于缺水地區，或即使有水源也缺乏納污能力。我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區只占9.7%;而我國水資源分布也以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。而一個30億立方米/年煤制天然氣企業需要耗新鮮水1500萬立方米/年;一個60萬噸/年煤制烯烴企業每年也需要至少1320萬立方米新鮮水，這對于缺水地區而言，是要擠占其他方面用水的。
另一方面，如果制取同樣的化工產品，用石油化工工藝路線，會比煤化工的水耗低得多。以烯烴為例，石油化工用石腦油制乙烯，噸乙烯耗水量為6～7立方米/噸，而煤制乙烯則噸乙烯耗水量高達60立方米/噸(煤化工習慣按噸烯烴耗水算，為30立方米/噸烯烴，但其中乙烯和丙烯各占一半，故折算成乙烯要加倍)。
當然，有人會說，這兩種工藝沒有可比性。因為煤化工以煤為原料，首先要將煤氣化，然后再合成不同的化工產品，當然能耗、水耗均會高一些。這一點我們應當承認，但是如果有數量級上的差異(煤化工路線比石油化工路線高10倍)，那就不僅是工藝路線本身的問題了。
高水耗能下降嗎?
一種工藝路線的水耗高低，是與其能耗密切相關的。因為不論是石油化工廠還是煤化工廠的耗水，主要都是制蒸汽用的脫鹽水和循環水補水(占70%～80%)，前者是加熱的能量介質，后者是冷卻水取熱介質。所以，如果以煤化工和石油化工路線制同一種化學品，根據其能耗差別有多大，就可以大致估計其水耗差異。
以煤制烯烴的大型工業示范裝置為例，其噸乙烯所消耗的蒸汽與石油化工路線噸乙烯消耗蒸汽對比，如表二所示。
由表二可看出：煤制乙烯所消耗的加熱蒸汽為58.2噸/噸乙烯，而石油制乙烯僅4.4～9噸/噸乙烯。煤制乙烯所消耗的加熱蒸汽為后者的6～13倍。這就是造成煤制烯烴噸乙烯水耗高達30～70噸/噸，而石油化工路線只有6～8噸/噸的原因。這說明：這種差距已超出原料不同、工藝路線不同所引起的加熱量不同的差別，而是反映了工程設計特別是公用工程設計成熟程度和運行管理所帶來的差距。
再以甲醇為例，來比較兩條工藝路線的能耗與水耗。天然氣制甲醇噸產品能耗為29吉焦/噸，而煤制甲醇噸產品能耗為42吉焦/噸，以煤為原料的工藝路線比天然氣路線能耗約高45%。一開始煤制甲醇是傳統工藝，規模也小，噸甲醇水耗高達25噸/噸，比天然氣原料的甲醇耗水(約10噸)高得多;隨著工藝設計和生產操作逐步成熟優化，煤制甲醇水耗也逐步下降到17噸/噸;到2008年新一代煤化工裝置投產，水耗降到12噸/噸;到2012年，大規模180萬噸甲醇裝置投產，水耗降到了6.99噸/噸，與天然氣制甲醇的水耗差不多了。所以，按說由天然氣制甲醇完全沒有裂解造氣的工藝階段，似乎應比煤制甲醇耗能耗水低很多，但隨著煤化工規模放大、工藝和系統工程成熟，煤化工路線一樣可以使水耗下降3倍，這種情形如圖一所示。
在節能節水方面，從上世紀80年代起，過程系統工程學界就開始研究化工企業的節能節水集成優化方法。英國的Linnhoff提出熱夾點技術，在煉油化工廠節能取得顯著效果。1994年，Wang和Smith將夾點概念應用到水網絡系統的集成，發表了著名的“廢水最小化”論文，提出了直接計算最小新鮮水用量的目標值(即最小值)方法，為這種基于概念的圖解方法奠定了基礎。但是這種方法只局限于水中只有一種污染雜質成分，這樣才能在幾何圖形上表現成“水夾點”，從而求出最小新鮮水用量。
對于水中含有多種污染雜質成分的情況，業界后來開發出數學規劃方法，采用超結構數學模型在計算機上尋求新鮮水用量最小化的優化解，還出版了兩本專著，一本是美國E1-Halwagi著《通過過程集成來防止污染：系統設計的工具》，另一本是James G.Mann及Y.A.Liu(劉裔安)編著的《工業用水節約與廢水減量》。后一本書經作者參與組織翻譯，已由中國石化出版社于2001年12月出版。
自本世紀初期過程系統工程方法在我國化工煉油行業推廣應用以來，已形成一套企業節水減排的過程系統工程方法——節水減排的“三步法”。所謂“三步法”，即水平衡測試―水網絡集成―外排污水深度處理回用。這種方法從21世紀初起已陸續在中石化、中石油、中國海油等大公司推廣應用，取得明顯效益。
從2004年6月開始，中國石化股份有限公司內部有計劃、有系統地開展推廣水夾點節水減排技術，促使企業煉油噸水耗從2001年的1.8噸/噸下降至2004年的1.15噸/噸，到2012年降到 0.55噸/噸，接近國際先進水平的0.50噸/噸，下降了3倍。中國石油天然氣股份公司于2004年制定《煉化企業節水減排優化方案的制訂和實施》企業規范(由西安交大和圣金橋信息技術公司起草)，推廣應用這項技術，煉油噸水耗從2005年的1.14噸/噸下降至2012年的0.60噸/噸。
以上甲醇及石油化工企業的例證說明：只要應用先進的過程系統工程的方法，持續不斷地優化用水過程，實現高水高用、低水低用、清污分流、梯級利用，煤化工的水耗是可以成倍下降的。我們曾經將這套在石油化工企業成熟采用的方法，對某大型煤制烯烴企業進行了試點應用，發現煤化工企業的節水潛力很巨大。如果按照水網絡優化的思路，進行系統優化技術改造，實施提出的十幾項技術措施，可以將總體新鮮水消耗下降63%，噸烯烴耗水有可能從原設計的32噸/噸下降到10噸/噸以下。當然，這需要相應的技術改造投資，經過粗略計算，項目所需要的投資費用的靜態投資回收期約2.6年。
這里應該對表一中所謂“先進指標”做一些評述：表中引用的“先進指標”實際是個變化的數值，不同時期由設計部門估算的可能達到的值。但是，我國的設計院(公司)并沒有掌握過程系統工程集成優化技術，而新型煤化工的大型工業化裝置均在中國實踐，也沒有所謂“國際先進水平”作為參照系。所以，這里的“先進指標”其實缺乏科學基礎，只能作為努力目標的參考。前面舉的例子就說明，運用新的過程系統工程集成優化方法，這種指標是完全可以突破的。
高水耗為何難以降下來?
煤化工之所以戴上“高水耗”的帽子，一直取不下來，原因是多方面的，下面舉出幾個重要的原因。
原因之一：示范項目為保工藝過關，犧牲了能耗和水耗的優化要求。由于現代煤化工第一批大型工業化項目開發階段，最核心的要求是打通流程，順利拿到產品，而非節能節水，所以在公用工程配置上，只是盡量滿足工藝要求，談不上優化。例如，某煤制烯烴廠設計時為了保證自主研發的核心MTO技術放大成功投產，各個配套技術均采用國外引進的成熟技術：煤氣化用的GE水煤氣加壓氣化技術，凈化用林德公司的低壓甲醇洗技術，甲醇合成用戴維的甲醇合成技術，MTO是中科院大連化物所的專利技術，聚乙烯/聚丙烯是陶氏化學公司的UNIPOL技術。在這種拼盤的條件下，總體設計公司設計的公用工程系統處于被動滿足各方面要求的境地，談不上優化。
原因之二：經濟上煤化工由于原料便宜，盈利空間大，掩蓋了高能耗、高水耗的問題。以煤制烯烴為例，根據亞化咨詢發布的《煤制烯烴真實成本與盈利能力分析》報告，當PE/PP市場現貨平均價格在11500元/噸以上時，對比用新疆準東和淮南的煤制聚烯烴項目可以發現，由于準東地處偏遠，運輸不便，因此其原料和能量成本最低，相應的其增值稅額和運費也最高，但準東仍然憑借極低的煤價擁有最高的利潤空間——噸烯烴營業利潤達4536元/噸;淮南雖然煤價最高，但在煤炭產能過剩的大背景下，也有2665元/噸的利潤空間。也就是說，銷售價中的利潤率高達23%～39%。試想，如果每噸化工產品的利潤都如此豐厚，多消耗點能源和水的成本可以輕易消化，企業還有什么積極性來節能節水呢?
原因之三： 技術原因——設計院不掌握過程系統工程的水網絡系統集成優化技術。我國設計院中確定新鮮水耗的這部分工作，是由工藝專業加上給排水專業來決定設計方案的。工藝人員首先想到的是：盡量使用空冷器，給排水人員提供的技術是“零排放”，而缺乏整體系統優化的系統工程室。但從過程系統工程的觀點看，這是一個水網絡系統的優化問題，需要全面分析構成整個系統的各個子系統存在的潛力和優化程度。
我們都知道，我國的一項新技術從發明到工業實用要經歷文獻發表—將文獻方法制作成計算機軟件—國外設計公司采用于設計—我國設計院開始采用等幾個步驟。這個步驟從頭到尾往往需要20年時間，也就是說在節能節水系統優化技術方面，我國設計院采用的技術比學術界落后了20年;我們現在實際應用的技術，還停留在上世紀八九十年代學術界的水平上，即熱夾點技術。水夾點技術是上世紀末才發展起來的，我們發現從2005年以來國際上掀起水網絡研究的熱潮，每年都有幾十篇論文發表。這些成果往往先被較小型的咨詢公司所采用，設計公司則比較保守，采用得更晚一些。
原因之四：煤化工行業與石油化工行業不同，十分分散，缺乏垂直領導的節能節水監督考核壓力。節能節水總體來說不是企業的經濟行為，只靠經濟利益驅動是不足以推動的，政府及行政垂直推動是必不可少的動力。
當前，石油化工行業在節能節水上取得的成績，主要是靠中石化、中石油等大型國企領導，努力貫徹國務院節能節水的要求，對所屬企業大力提倡、嚴格考核的結果。在這里，全國大型煉油廠每月均需要上報噸油耗能耗水的運行指標，每年都按指標好壞進行排隊。中石化近年推行能效倍增計劃，中石油也在推行煉化能量系統優化重大科技專項，每年均有數億元節能節水專款資金投入。此外，石化企業還在信息化建設中實施能量管理系統EMS，使得總部可以對全國煉油化工企業的能耗水耗進行實時監測。
相較之下，我國煤化工企業高度分散，構成復雜，有大型國營央企，如神華集團、大唐能源化工等;有地方國營企業，如陜西延長集團、內蒙古伊泰集團、山東兗礦集團等;有民營公司，如中國慶華集團等。對于這些企業，誰來監督考核?缺乏統一的行業組織領導。如果煤化工節能節水完全由市場自由競爭來推動，那就只能憑各企業領導的自覺了。
油價大跌 開啟節水新時代
當前，煤化工企業也面臨新的發展環境。新常態要求企業面向產能過剩，由投資驅動轉向創新驅動;而國際油價從去年7月的102.4美元/桶，到現在已跌破50美元/桶。這些因素，均對新型煤化工產業提出了嚴峻的挑戰。首當其沖的就是能源產品，例如煤制油、煤制天然氣。煤直接液化制燃油最初的設計經濟平衡點為石油價格高于50美元/桶，也即在這種石油市場價位，煤制油路線在經濟上才能站得住。多年來，由于石油價位高企，大家的注意力只是集中在工藝路線的技術能否打通、環保是否合理上，似乎經濟利潤只是多少的問題。但今天的情勢，直接挑戰這種工藝路線的成本是否合理。煤間接液化制油和煤制天然氣同樣存在類似的問題。美國的頁巖氣革命，促使天然氣價格下浮，存在進口LNG和煤制氣的價格競爭問題。
考慮到原油下游產品跟隨原油價格走勢的一致性，石腦油和聚乙烯、聚丙烯的價格也會隨之向下浮動，煤制烯烴的價格優勢不再明顯，煤制烯烴CTO和煤制丙烯CTP的盈利空間會不斷縮小。此外，甲醇的市場價格居高不下，使人懷疑MTP/MTO工藝路線生產的丙烯是否還有盈利空間。這對2014年底我國已先后投產的13套煤制烯烴和甲醇制烯烴(產能達到582萬噸/年)裝置來說，均是新的考驗。
在這種新的形勢下，為了降低成本、提高競爭力，煤化工產業必須學會精打細算，將節能節水提到議事日程上來。煤化工過去靠原料價格便宜的成本優勢粗放經營的“好日子”，可能已經結束，正在走向一個像石油化工一樣精細管理、創新增效、節能節水的綠色發展新時代。
總之，近年我國新型煤化工產業發展是世界首創的大規模工業實踐，投入大，盈利高，各方面積極性高。這本來是好事，但切不可急功近利，不考慮后果地一哄而上。這種無國外借鑒的大規模實踐，受到環境污染、水資源限制、碳排放限制、油價下跌等考驗，也是完全正常的現象。經過近兩個五年規劃的實踐，煤化工目前又面臨新常態、低油價的新考驗，現在應當認真總結經驗教訓，該補的功課如節能節水減排、系統優化和環境治理等，就應當補上，促使煤化工產業走上可持續發展道路。如果我國煤化工產業仍然滿足于打通流程、長周期運行、能夠盈利的示范項目投產的初級階段的要求，固步自封，徘徊不前，那就會喪失良機，使負面因素持續上升，讓產業走向低谷。