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“双碳”目标下,煤化工何去何从?
作者:  来源于:中国煤炭报  发布时间:2022/1/6  点击量:152 次  关闭

2021年9月,习近平总书记在陕西榆林考察时强调,煤炭作为我国主体能源,要按照绿色低碳的发展方向,对标实现“碳达峰、碳中和”目标任务,立足国情、控制总量、兜住底线,有序减量替代,推进煤炭消费转型升级。煤化工产业潜力巨大、大有前途,要提高煤炭作为化工原料的综合利用效能,促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展,把加强科技创新作为最紧迫任务,加快关键核心技术攻关,积极发展煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等。


2021年10月底,《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》相继公布,让“减碳”工作有章可循。


随着“双碳”路径逐渐明晰,煤化工产业作为煤炭行业一直以来的重要发展方向,再次被提上议程。


从燃料到原料


我国能源赋存特点是相对富煤、贫油、少气,煤炭占化石能源可采储量的90%以上。国家能源局数据显示,2020年我国非化石能源占一次能源消费比重达15.9%。《2030年前碳达峰行动方案》指出,到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右。


从长期来看,化石能源在未来一段时期内仍为我国主体能源。如何更好发挥煤炭的稳定器和压舱石作用?推动煤炭作为原料的化工产业的规模化发展,已在煤炭行业基本形成共识。


煤化工是指以煤为原料生产各种燃油、燃气和化工产品的工艺过程,一般包括煤炭转化和后续加工两个环节。煤炭转化是指煤炭经过化学反应过程得到气态、液态或其他固态产物的过程,包括煤炭气化、煤炭直接液化、煤炭高温炼焦、低阶煤中低温热解等工艺过程。后续加工主要指以煤制气中的H2、CO、CO2、SO2等气体组分为原料进行化工合成,以及对煤炭转化液态产物进行深加工的工艺过程。


《中外能源》曾刊发《能源史话:煤化工发展史》一文,文中指出,全球煤化工开始于18世纪后半叶,19世纪形成了完整的煤化工体系。进入20世纪,许多以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产,煤化工成为化学工业的重要组成部分。


第二次世界大战以后,石油化工发展迅速,很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油、天然气为原料,从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。进入21世纪后,随着全球石油市场的动荡和石油价格的攀升,煤化工作为储量巨大并且可能替代石油的资源重新受到越来越多的重视。


《煤化工产业发展报告2006》指出,在我国,早在上个世纪40年代就建成了南京、大连2个煤化工生产基地。进入上个世纪80年代,我国又开始建设大型煤化工基地。


我国发展现代煤化工,既有中国特色,也是发挥煤炭资源优势的另辟蹊径之举。一方面,可以缓解因富煤缺油缺气给我国能源安全带来的挑战,有利于保障国家能源安全;另一方面,与传统直接燃烧利用方式相比,煤化工可以减少粉尘、SO2、NOx等大气污染物的排放,提高煤炭转化效率和产品经济价值。


中国煤炭工业协会数据显示,依托14个大型煤炭生产基地,如今我国初步建成了内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、宁夏宁东、新疆准东4个现代煤化工产业示范区,产业集聚加快、园区化格局初步形成。


截至2020年年底,我国现代煤化工四大类典型产品产能、产量均达到历史较高水平。煤制油10套装置产能931万吨/年,煤制天然气4套装置产能51.05亿立方米/年,煤经甲醇制烯烃32套装置产能1582万吨/年(其中煤制烯烃产能1062万吨/年),煤制乙二醇24套装置产能488万吨/年。煤制乙醇、煤制芳烃、二氧化碳加氢制甲醇技术也在突破,示范装置陆续在建,现代煤化工产能初具规模、产量稳步提升。


“十四五”规划纲要提出,稳妥推进内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、山西晋北、新疆准东、新疆哈密等7个煤制油气战略基地建设,建立产能和技术储备。


直面困境与挑战


公开数据显示,2020年全国煤化工行业共消费煤炭(包括焦炭)9.3亿吨、碳排放量5.5亿吨,其中能源活动及工业生产过程产生的直接排放占88%,电力间接排放占12%。


国家发改委、工信部、生态环境部与水利部于2021年8月印发的《关于“十四五”推进沿黄重点地区工业项目入园及严控高污染、高耗水、高耗能项目的通知》指出,对现有已备案但尚未开工的拟建高污染、高耗水、高耗能项目一律重新进行评估,确有必要建设且符合相关行业要求的方可继续推进。“十四五”时期,沿黄重点地区新建“三高”项目一律按通知要求执行。公开资料显示,我国现有100%的煤制油、85%的煤制烯烃、50%的甲醇制烯烃项目均位于黄河流域。


由此可见,现代煤化工产业因为自身的特点,面临众多挑战。中国石油和化学工业联合会会长李寿生表示,这些挑战具体表现在以下四个方面。


一是二氧化碳排放的挑战。据测算,煤间接液化制油、煤直接液化制油、煤制烯烃和煤制乙二醇,吨产品二氧化碳的排放量分别约为6.5吨、5.8吨、11.1吨和5.6吨,未来二氧化碳的处置费用将直接增加现代煤化工企业的运营成本,部分产品将失去竞争力。


二是水资源短缺的挑战。我国煤炭资源与水资源逆向分布特点十分突出,西部省份的煤炭资源占全国的90.1%,特别是黄河中上游的山西省、陕西省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区四地的煤炭资源占有量为全国的67%,但水资源仅占全国的3.85%。现代煤化工项目用水主要依赖黄河。近年来,黄河来水减少,而现代煤化工项目用水量不断增加,因此今后较长一个时期,煤化工项目面临的水资源供需矛盾依然突出。


三是终端产品同质化的挑战。随着工艺技术的日趋成熟,现代煤化工项目建设速度不断加快、数量不断增加,但建设方案雷同,布局分散,未形成集群效应。煤制终端产品同质化问题突出,同业竞争激烈,导致煤制终端产品的价格持续走低。


四是环境治理的挑战。当前,我国实行严格的水资源管理、节能减排、环境监管政策,对能源消费将实行总量和强度双控。部分地区严格限制新增化工产能,煤炭指标严格受限,不管是燃料煤还是原料煤,只要用煤,都面临着减煤压煤的风险。同时,部分地区要求现有现代煤化工企业的污染物排放总量必须连年大幅下降,企业无法扩大规模。


随着“双碳”目标的提出,现代煤化工产业将面临更大的减排压力,能源领域将迎来根本性调整,现代煤化工加快绿色转型已成当务之急。


国家气候变化专家委员会委员潘家华在公开采访中表示,实现“碳达峰、碳中和”目标,并不是不能发展化石能源项目,但究竟有哪些项目可以继续发展,还需要谨慎评估。技术潜力越是有限,将来被淘汰的可能性越大。结合减碳要求,技术先进性和可更新性,以及项目是否符合政策要求和趋势,使其处于不被强制淘汰之列,也是新建煤化工项目需要参考的重要标准。


转型升级探新路


困境和挑战正在倒逼行业、企业转型升级。现代煤化工产业亟待重新布局,再按过去的“老路子”很难生存下去。


近年来,煤炭企业在探寻化工板块多元化、高端化、低碳化的发展方向上,进行了不少有益尝试,取得了一些初步成效。“双碳”目标下,煤炭企业如何迎接政策、技术、市场环境等诸多挑战,更好发挥制度优势、政策动力和技术潜力,探索推动煤化工产业实现高质量发展的“新路子”?已有不少企业尝试性给出答案,而科技、低碳、清洁,正是其中的关键词。


“科技创新是煤化工企业的唯一出路,我们从国际先进、消化革新、转型升级、替代进口四个方面努力,加强自主创新,实现科技创效。”阳煤化工集团总工程师刘会敏说。


阳煤化工集团阳煤化工机械公司仅依托晋华炉这一拳头产品,累计新增销售额50亿元,签订气化炉合同74台/套,在30多家企业成功实现商业化应用。


在阳煤化工集团,基于清洁转化的现代煤化工发展如火如荼,高附加值产品带来了肉眼可见的高回报。


“传统煤化工生产一吨尿素的利润只有500元。我们现在发展现代煤化工,生产一吨BDO原料的成本是1.1万元,而每吨BDO原料的售价是3.1万元,利润率高达182%。”阳煤化工集团国泰新华公司董事长梁明国在采访中表示。


在陕西煤业化工集团,13家煤化工科研及设计单位联合,建立起了国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室,开展了大量的核心关键技术攻关和产业化试验示范,形成了一系列国际领先的产业技术成果。三项粒块煤清洁高效热解技术、两项煤焦油加氢技术以及两项煤制乙、丙烯技术已实现大规模产业化运行;两项粉煤快速热解高油收率技术和一项气化热解一体化技术已完成万吨级工业化试验,120万吨/年粉煤快速热解工业化示范装置即将建成投运;50万吨/年煤焦油制环烷基特种油品工业化示范装置已实现满负荷稳定运行,年产50万吨煤焦油制特种油品联产芳烃工业化示范装置即将建成投运……


“‘双碳’目标涉及诸多方面的变革,将倒逼我们更好发挥制度优势、政策动力和技术潜力。”在2021上半年经济分析会上,陕西煤业化工集团党委书记、董事长杨照乾表示。


在中安联合煤化公司,近年来累计投入的环保建设资金超过30亿元,“花园式”的化工工厂甚至引来白鹭作客。去年全年,中安联合煤化公司先后邀请人大代表、媒体记者、院校师生以及周边居民代表等500多人,走进生产现场,亲身感受中安联合煤化公司在环保治理、煤炭清洁高效利用、绿色企业建设等方面的真实情况。


“我们是做煤化工的,知道煤化工当前存在的短板,它存在污染和耗能的问题,但绝不能被妖魔化。而今,煤化工以高碳排放形式发展的窗口期已经关闭,新布点和大规模布局的可能性非常小。对于已布局、已批复的项目,进行能耗控制、节能减排、优化存量、转型升级是主要任务,同时应积极探索绿色低碳发展的新路径。”国家能源集团化工公司党委书记、董事长闫国春在采访中表示。




国家能源集团鄂尔多斯煤直接液化生产线


国家能源集团化工公司以煤化一体为基础,利用煤炭结构特性,以煤基特种燃料、煤基生物可降解材料、煤基炭素新材料为主线,构建了煤基新材料、新燃料战略性新兴产业增长极。该公司围绕产业链、打造创新链、提高价值链,单位投资产值、万元产值能耗及碳排放强度、产品竞争力均达到全国行业领先水平。


把握未来发展趋势


“现代煤化工是煤炭的最佳利用途径,虽然国内煤化工产业起步晚,但起点高、技术先进、装备条件好,清洁化程度不亚于油气化工企业,高碳排放有较大的深加工利用空间。”中国煤炭加工利用协会理事长张绍强表示,“可以通过与绿电耦合,把所有的碳排放全部转化为产品,做到低碳或近零碳排放,实现‘厂内碳中和’,这也是未来煤化工发展的潜力。”


中国煤炭工业协会副会长刘峰指出,未来煤化工发展需更加深刻把握高端化、多元化、低碳化的方向内涵。


高端化,即延伸产业链开发高性能产品。加强航空航天煤基高性能燃料、舰艇用柴油、特殊环境燃料、一体化通用燃料等特种油品研发;加强聚乙醇酸等煤基可降解塑料产品技术攻关,掌握含氧单体共聚接枝和封端技术,接近通用塑料水平;以煤液化油渣沥青和煤焦化沥青为原料,开发国防、航空航天用高模量碳纤维、超级电容器活性炭、高性能储能电池负极等材料;攻关间接液化α烯烃分离加工技术、高端润滑油、高端费托蜡制备技术,延伸煤制烯烃产业链。


多元化,即发挥煤化工差异化发展优势。实现产品多元化,研发煤制油、煤制化学品联产耦合工艺和产品联合加工技术;加工原料多元化,研发石脑油和甲醇共裂解技术,优化石脑油裂解反应和甲醇制烯烃反应热平衡,生产烯烃的同时联产PX;探索煤化工与新能源、天然气化工、生物化工、石油化工、冶金建材过程的耦合技术,提供能效物耗优化解决方案。


低碳化,即打造零碳排放煤化工产业。研发新型高效催化剂与工艺和过程节能技术,实现煤化工过程源头减碳;突破可再生能源制氢制氧与煤化工合成耦合技术,应用绿氢绿氧,减少煤化工工艺过程碳排放;应用可再生能源绿电,研发高效储热制蒸汽技术,利用绿电和低谷电价制蒸汽;开展煤化工CCUS技术攻关,突破煤化工CO2低成本捕集、CO2化工和矿化利用,CO2驱油地质封存技术,开发CO2制芳烃、乙醇、乙二醇、烯烃、碳酸脂、DMF等化学品。




煤化工生产线上产出精甲醇


“煤炭清洁高效利用为我国能源转型提供立足点。”刘峰表示,“一方面,转型后的煤炭能源占比将以保障国家能源安全、经济增长和能撬动国际市场为依据,在一次能源结构中占比需要高于30%;另一方面,中国正成为世界煤炭行业主导者,需要秉承绿色低碳发展理念,发挥煤炭有机物含量多的属性和特点,加快推进煤炭由单一燃料向燃料和原料并重转变,拓展作为原料的消费利用空间,成为世界洁净煤利用的引领力量之一。”


“十四五”规划纲要提出,增强能源持续稳定供应和风险管控能力,实现煤炭供应安全兜底、油气核心需求依靠自保、电力供应稳定可靠;做好煤制油气战略基地规划布局和管控;加强煤炭储备能力建设;建设清洁低碳、安全高效的能源体系;完善煤炭跨区域运输通道和集疏运体系;推动能源清洁低碳安全高效利用等,从国家能源安全、现代能源体系建设、绿色发展等多个方面,为煤炭行业、煤化工产业发展画出了蓝图,提供了机遇。


数字化发展“十四五”规划纲要提出,以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革;构建基于5G的应用场景和产业生态,在智慧能源等重点领域开展试点示范;推动煤矿、油气田、电厂等智能化升级等,指出了煤炭行业通过数字化转型促进碳减排的方向,助力煤炭生产环节节能,实现生产环节“脱碳”,追踪并有效管理行业碳排放。未来,加强煤炭基础理论研究和关键技术攻关,将成为实现煤炭行业、煤化工产业绿色低碳转型的重要支撑。






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