“雙碳”目標(biāo)下 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)減碳的思路
現(xiàn)代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產(chǎn)清潔能源和化工產(chǎn)品為主要目標(biāo)的現(xiàn)代化煤炭加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)。基于我國(guó)油氣匱乏、煤炭相對(duì)豐富的資源稟賦特點(diǎn)，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)依靠技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)石油和天然氣資源的補(bǔ)充和部分替代，是國(guó)家能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要內(nèi)容。
近年來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，煤制油、煤制烯烴及其衍生物、煤制天然氣、煤制二甲醚、煤制乙二醇等一批煤基化學(xué)品和燃料的示范項(xiàng)目陸續(xù)建設(shè)和投產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至“十三五”末，我國(guó)已建成8套煤制油、4套煤制天然氣、32套煤（甲醇）制烯烴、24套煤制乙二醇示范及產(chǎn)業(yè)化推廣項(xiàng)目。其中，煤制油、煤制天然氣、煤（甲醇）制烯烴、煤制乙二醇四類主要產(chǎn)品的產(chǎn)能，較2015年增幅分別達(dá)到180.88%、64.41%、99.74%和112.17%。從產(chǎn)能利用率來(lái)看，除煤制乙二醇為72.5%，其他均實(shí)現(xiàn)80%以上。2019年，全國(guó)現(xiàn)代煤化工行業(yè)中煤制油、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然氣等產(chǎn)品產(chǎn)量分別約為746萬(wàn)噸、908萬(wàn)噸、6216萬(wàn)噸、316萬(wàn)噸、43億立方米。
目前，我國(guó)已形成以“三西（蒙西、陜西、山西）+寧夏”為核心，以新疆、青海為補(bǔ)充，以東部沿海為外延的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)格局，內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤化工基地、寧夏寧東能源化工基地、陜西榆橫煤化工基地以及新疆的準(zhǔn)東、伊犁、吐哈、和豐等煤化工基地已初具規(guī)模。
本文主要探討在“雙碳”目標(biāo)背景下，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的減碳思路。
面對(duì)“雙碳”目標(biāo)，產(chǎn)業(yè)高碳、集排特性是把“雙刃劍”
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)具有高碳屬性。利用煤化工生產(chǎn)替代石油化工生產(chǎn)的化工產(chǎn)品，需要對(duì)氫/碳原子比進(jìn)行調(diào)整。煤炭的氫/碳原子比為0.2—1.0，而石油的氫/碳原子比為1.6—2.0，因此，在煤氣化制甲醇和烯烴、煤液化以及煤間接液化過(guò)程中都會(huì)有大量的碳以二氧化碳的形式產(chǎn)生。根據(jù)碳元素轉(zhuǎn)化率不同，噸產(chǎn)品產(chǎn)生的二氧化碳不盡相同，比如煤直接液化約5.8噸，煤間接液化約6.1噸，煤制天然氣約4.8噸，煤制烯烴約9噸，煤制乙二醇約6.8噸。數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，我國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的原料煤轉(zhuǎn)化量約1.55億噸標(biāo)煤，約占煤炭消費(fèi)量的5.6%。出于自身結(jié)構(gòu)及反應(yīng)過(guò)程，消費(fèi)1噸煤將排放2—3噸以上二氧化碳，從原理上來(lái)講，這個(gè)排放不可避免，未來(lái)數(shù)億噸的二氧化碳排放問(wèn)題將成為產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展最大的約束之一。
“雙碳”目標(biāo)對(duì)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)提出極大挑戰(zhàn)。扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，將成為未來(lái)一段時(shí)期的重要任務(wù)。在這一愿景的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，能源領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)一次根本性調(diào)整，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)如何加快減碳、如何實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型已成當(dāng)務(wù)之急。
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)碳排放具有濃度高、排放集中優(yōu)勢(shì)。形成這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的原因有兩點(diǎn)。第一，煤化工生產(chǎn)中的二氧化碳排放主要有能源使用過(guò)程中的燃燒排放以及生產(chǎn)過(guò)程中的工藝排放兩種。燃燒排放主要存在于加熱爐、自備電廠等燃料氣、煤燃燒排放過(guò)程，排放濃度較低，生產(chǎn)過(guò)程中的工藝排放主要來(lái)自氣凈化環(huán)節(jié)，排放濃度較高，二氧化碳的體積能夠達(dá)到65%—95%。第二，二氧化碳的排放量分布比較集中，并且單個(gè)排放源的排放量比較大。大型煤化工裝置的二氧化碳排放量達(dá)到百萬(wàn)噸以上，而生產(chǎn)過(guò)程排放的二氧化碳量所占比例在55%以上，排放源比較集中，這就使得工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳能夠得到富集。因此，對(duì)二氧化碳進(jìn)行提純投入會(huì)相對(duì)較少，操作會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。
部分企業(yè)雖已納入重點(diǎn)碳排放單位名單，但其生產(chǎn)過(guò)程碳排放并未納入。2020年，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《納入2019—2020年全國(guó)碳排放權(quán)交易配額管理的重點(diǎn)排放單位名單》，其中大唐克旗煤制氣、神華寧煤、伊泰化工、寶豐能源等多家煤化工企業(yè)均被納入，然而，文件規(guī)定的配額管理僅針對(duì)煤化工企業(yè)自備電廠發(fā)電排放環(huán)節(jié)，而相比之下，現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)過(guò)程的碳排放更甚，但生產(chǎn)過(guò)程碳排放卻暫未參與全國(guó)碳市場(chǎng)。
產(chǎn)業(yè)雖正逐步探索減碳技術(shù)工藝，但尚遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的碳減排需求
在二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）方面，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。2010年，神華集團(tuán)煤制油化工公司鄂爾多斯煤制油分公司10萬(wàn)噸/年CCS示范項(xiàng)目的液化與凈化裝置打通全流程，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)CCS工業(yè)化示范項(xiàng)目，取得了CCS的重大創(chuàng)新，不僅首次實(shí)現(xiàn)煤制油高濃度CCS全流程集成工業(yè)化系統(tǒng)的示范，還首次將壓裂增注引入二氧化碳咸水層封存，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳在深部巖層中的封存，減少了二氧化碳的排放。
在資源化利用制化學(xué)品方面，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)也已著手布局。近年來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代煤化工企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在二氧化碳制甲醇、烯烴、芳烴、汽油，二氧化碳制甲酸，二氧化碳和甲烷重整制合成氣、二氧化碳制可降解塑料等高價(jià)值化學(xué)品方面取得一系列研究進(jìn)展，從賽迪智庫(kù)整理的已建成和規(guī)劃的現(xiàn)代煤化工企業(yè)二氧化碳利用制化學(xué)品項(xiàng)目（見(jiàn)表1）來(lái)看，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)已開(kāi)展了若干二氧化碳資源化利用項(xiàng)目來(lái)實(shí)現(xiàn)減碳。
工藝革應(yīng)該是減少二氧化碳排放的最根本手段，也是“雙碳”目標(biāo)下最有效的碳減排途徑。在此方面，現(xiàn)代煤化工行業(yè)已開(kāi)展了初步嘗試。2020年，寶豐能源率先開(kāi)啟新能源產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的替代式發(fā)展，依托現(xiàn)有循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，投資建設(shè)國(guó)際一流的“太陽(yáng)能電解制氫示范項(xiàng)目”。項(xiàng)目將太陽(yáng)能“綠氫”直供化工裝置生產(chǎn)高附加值的煤基新材料產(chǎn)品，降低現(xiàn)行通用工藝中原料煤的消耗，同時(shí)，還用于將項(xiàng)目所產(chǎn)的“綠氧”替代空分裝置所產(chǎn)的氧氣，減少燃料煤消耗。以太陽(yáng)能電解水制氫項(xiàng)目的綠色新能源替代原料煤和燃料煤，則通過(guò)可再生能源的多維應(yīng)用，破解能源應(yīng)用需求和降碳減排之間的矛盾。
煤化工產(chǎn)業(yè)減碳應(yīng)從三方面著手
首先，大力發(fā)展CCUS技術(shù)推動(dòng)減排，利用煤基能源化工過(guò)程中副產(chǎn)二氧化碳高濃度優(yōu)勢(shì)，積極探索CCUS技術(shù)，超前部署高效CCS以及二氧化碳驅(qū)油等CCUS技術(shù)的前沿性研發(fā)。積極擴(kuò)展二氧化碳資源化利用途徑與領(lǐng)域，將二氧化碳作為資源加以產(chǎn)業(yè)化利用，推動(dòng)資源化利用二氧化碳生產(chǎn)高附加值烯烴、甲醇等化工產(chǎn)品。
其次，通過(guò)現(xiàn)代煤化工和石油化工、可再生能源生產(chǎn)工藝融合減少碳排放。重點(diǎn)研究煤轉(zhuǎn)化、油煤氣耦合制燃料和大宗化學(xué)品的新路線，推動(dòng)煤化工和石油化工融合發(fā)展。利用現(xiàn)代煤化工基地優(yōu)勢(shì)的可再生能源，如太陽(yáng)能資源、高溫核能等制取的低碳?xì)漶詈厦夯，部分替代煤制灰氫，以大幅減少二氧化碳排放。
最后，從政策層面來(lái)講，應(yīng)盡快制定煤化工行業(yè)達(dá)峰目標(biāo)及達(dá)峰行動(dòng)方案，從政策層面倒逼和引導(dǎo)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。應(yīng)加嚴(yán)管控，針對(duì)行業(yè)出臺(tái)更詳細(xì)的碳盤(pán)查、碳核算指南，適時(shí)積極參與全國(guó)碳交易市場(chǎng)。
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