石化产品广泛用于生产塑料、合成纤维、合成橡胶、医药等，是国民经济发展的重要基础原料，市场需求巨大。中国作为典型的富煤、贫油、少气的国家，在石化产品方面对外依存度一直较高。2021年，中国加工原油超过7亿吨，已是全球第二大原油加工国，但原油对外依存度已攀升至70%左右[1]，乙烯、芳烃、乙二醇也达到50%以上[2]。
现代煤化工是获取乙烯、乙二醇及甲醇等石化产品的贡献行业之一，国内现代煤化工生产的主要产品是中国油气资源和石油化工原料的重要补充，为国家能源安全提供战略支撑和应急保障。目前，中国现代煤化工四大主要产业包括煤制烯烃（含甲醇制烯烃）、煤制乙二醇等煤制化学品和煤制油和天然气等煤基能源。为满足日益增长的化工产品需求，2021年，中国煤化工各主要产业的产能均再创新高[3]（图1）。现代煤化工行业作为中国煤炭清洁高效利用的国家级战略方向，预计未来产能将持续提升。
图1: 中国现代煤化工行业产能情况 | 数据来源：中国煤炭工业协会
双碳目标下的行业瓶颈
然而，现代煤化工行业具有高碳排放的特点，导致其成为碳管控的重点和难点。从煤化工各类产品全生命周期碳排放来看，在产量相同的条件下，煤化工产品全生命周期碳排放高于石化产品。例如煤制烯烃是乙烷制烯烃二氧化碳排放量的14倍多（乙烷制烯烃碳排放量约为0.8tCO2/烯烃[4]，煤制烯烃碳排放量约为11.1tCO2/烯烃[5]）。2020年，中国现代煤化工行业碳排放总量约为3.2亿吨，约为主要石化化工行业碳排放量的22.5%，占全国碳排放总量的4%[6]，推进煤化工行业碳减排刻不容缓。
目前来看，煤炭仍是中国的主导能源，一定时期内在中国社会经济发展中的战略地位相对稳定。在推进煤炭清洁高效利用、保障能源安全的同时，中国政府也对煤化工产业节能降碳不断提出新要求。如2022年2月，国家发改委等四部门发布《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》并附《现代煤化工行业节能降碳改造升级实施指南》，针对煤制甲醇、煤制烯烃和煤制乙二醇行业提出“到2025年分别达到能效标杆水平以上产能比例分别为30%、50%、30%，基准水平以下产能基本清零，行业节能降碳效果显著”。当前现代煤化工行业达到标杆水平的产能比例在10%左右，低于基准水平的产能比例在30%左右[7]。生态环境部也将制修订包括现代煤化工建设项目环境准入条件等在内的“两高”行业环评准入规范文件，引导“两高”项目低碳绿色转型发展。
技术进步将成破局关键
虽然煤化工行业属于典型的“难减排”行业，技术进步为煤化工行业减排带来进一步可能。现代煤化工项目的直接碳排放来源主要有两个方面：一是工艺排放，主要来自煤制合成气设施排放；二是煤炭燃烧排放，主要来自配套热电中心的锅炉燃煤排放。在全行业二氧化碳排放量中，约33%来源于燃料燃烧，约3.5%来源于外购电、热间接排碳，约63.5%来源于工艺过程排碳[8]。
图源：Pixabay
多种技术路径支持减污降碳
技术案例一：
与光伏、风能等可再生能源制氢耦合，减少变换规模，降低工艺过程二氧化碳的产生和排放正在成为可能。煤化工生产中需要H2, 以调节后续合成反应的H2/CO 比。传统工艺主要通过煤气化形成“合成气”，通过合成气中的CO变换产生H2（公式如下）：
CO + H2O(g) = CO2 + H2
“绿电”水解制氢可以使生成有效合成气过程所需要的氢气由“绿氢“补充，从而减少变换规模（如上述化学反应式所示：少产生CO2），达到该工艺过程CO2排放大幅度降低的效果。据测算，电解水制氢与煤化工产业耦合，可使煤化工项目工艺碳排放降低95%[9]。
由于可再生能源制氢的高成本问题，目前还不能大规模应用于这一技术。当前电解水制氢成本中电费成本占比为80%左右，如以0.3元/kWh电费计取，制氢成本约为22元/kg，约为以煤价300元/吨测算的煤制氢成本的3倍。随着制氢技术的发展及“绿电”成本的下降，当电费下降至0.1元/kWh左右，电解水制氢可以与当前煤制氢成本相当[10]。
技术案例二：
采用电驱替代汽驱减少碳排放。新能源发电替代蒸汽可大幅降低燃煤锅炉负荷，进而减少燃料煤用量及对应的排放。煤化工工艺流程中大部分装置均可以采用电驱替代，蒸汽用量可以下降90%[11]，而煤化工项目的变换等工艺装置本身副产大量蒸汽，基本可以满足无法用电驱替代的部分。
技术案例三：
二氧化碳捕集及利用技术降低碳排放强度。现代煤化工产业具有排放尾气二氧化碳高浓度、回收后可做为各种生产原料进行利用、总体的二氧化碳回收及利用综合成本低等显著优势，适合采用碳捕集或回收及利用技术。
制定煤化工行业碳达峰目标及达峰行动方案，应积极结合技术进步，从产业引导和经济政策支持等多个层面促进现代煤化工产业绿色低碳转型，鼓励技术的创新、试点和推广应用，支持技术规模应用的经济可行性。同时，加快健全完善现代煤化工项目减污降碳协同管理的政策体系、评价指标体系、排放标准体系和技术支持体系等。
参考文献
[1]https://www.in-en.com/article/html/energy-2314717.shtml
[2]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1711156920747343244&wfr=spider&for=pc
[3]http://www.coalchina.org.cn/
[4]化学工业，《化学工业》专家观点：烯烃行业碳达峰、碳中和路径分析，2022年第1期
[5]http://www.cnenergynews.cn/meitan/2021/11/02/detail_20211102109908.html
[6]http://www.cnenergynews.cn/meitan/2021/11/02/detail_20211102109908.html
[7]https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202202/t20220211_1315446.html?code=&state=123
[8]http://www.cnenergynews.cn/meitan/2021/11/02/detail_20211102109908.html
[9]王强,徐向阳.“双碳”背景下现代煤化工发展路径研究[J].现代化工,2021,41(11):1-3+8.DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.11.001.
[10]张巍,张帆,张军,王明华,陶怡,李井峰.与新能源耦合发展 推动现代煤化工绿色低碳转型的思考与建议[J].中国煤炭,2021,47(11):56-60.DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2021.11.009.
[11]王强,徐向阳.“双碳”背景下现代煤化工发展路径研究[J].现代化工,2021,41(11):1-3+8.DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.11.001.