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    3. 2022-04-06 02:58 星期三 中國煤炭工業協會主辦
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      “雙碳”目標下,煤化工何去何從?
      字號:[    ] 發布時間:2022-01-05 10:25:34 來源:中國煤炭報 發布人:劉一鳴
        2021年9月,習近平總書記在陜西榆林考察時強調,煤炭作為我國主體能源,要按照綠色低碳的發展方向,對標實現“碳達峰、碳中和”目標任務,立足國情、控制總量、兜住底線,有序減量替代,推進煤炭消費轉型升級。煤化工產業潛力巨大、大有前途,要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能,促進煤化工產業高端化、多元化、低碳化發展,把加強科技創新作為最緊迫任務,加快關鍵核心技術攻關,積極發展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等。
        2021年10月底,《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》相繼公布,讓“減碳”工作有章可循。
        隨著“雙碳”路徑逐漸明晰,煤化工產業作為煤炭行業一直以來的重要發展方向,再次被提上議程。
        從燃料到原料
        我國能源賦存特點是相對富煤、貧油、少氣,煤炭占化石能源可采儲量的90%以上。國家能源局數據顯示,2020年我國非化石能源占一次能源消費比重達15.9%!2030年前碳達峰行動方案》指出,到2030年,非化石能源消費比重達到25%左右。
        從長期來看,化石能源在未來一段時期內仍為我國主體能源。如何更好發揮煤炭的穩定器和壓艙石作用?推動煤炭作為原料的化工產業的規;l展,已在煤炭行業基本形成共識。
        煤化工是指以煤為原料生產各種燃油、燃氣和化工產品的工藝過程,一般包括煤炭轉化和后續加工兩個環節。煤炭轉化是指煤炭經過化學反應過程得到氣態、液態或其他固態產物的過程,包括煤炭氣化、煤炭直接液化、煤炭高溫煉焦、低階煤中低溫熱解等工藝過程。后續加工主要指以煤制氣中的H2、CO、CO2、SO2等氣體組分為原料進行化工合成,以及對煤炭轉化液態產物進行深加工的工藝過程。
        《中外能源》曾刊發《能源史話:煤化工發展史》一文,文中指出,全球煤化工開始于18世紀后半葉,19世紀形成了完整的煤化工體系。進入20世紀,許多以農林產品為原料的有機化學品多改為以煤為原料生產,煤化工成為化學工業的重要組成部分。
        第二次世界大戰以后,石油化工發展迅速,很多化學品的生產又從以煤為原料轉移到以石油、天然氣為原料,從而削弱了煤化工在化學工業中的地位。進入21世紀后,隨著全球石油市場的動蕩和石油價格的攀升,煤化工作為儲量巨大并且可能替代石油的資源重新受到越來越多的重視。
        《煤化工產業發展報告2006》指出,在我國,早在上個世紀40年代就建成了南京、大連2個煤化工生產基地。進入上個世紀80年代,我國又開始建設大型煤化工基地。
        我國發展現代煤化工,既有中國特色,也是發揮煤炭資源優勢的另辟蹊徑之舉。一方面,可以緩解因富煤缺油缺氣給我國能源安全帶來的挑戰,有利于保障國家能源安全;另一方面,與傳統直接燃燒利用方式相比,煤化工可以減少粉塵、SO2、NOx等大氣污染物的排放,提高煤炭轉化效率和產品經濟價值。
        中國煤炭工業協會數據顯示,依托14個大型煤炭生產基地,如今我國初步建成了內蒙古鄂爾多斯、陜西榆林、寧夏寧東、新疆準東4個現代煤化工產業示范區,產業集聚加快、園區化格局初步形成。
        截至2020年年底,我國現代煤化工四大類典型產品產能、產量均達到歷史較高水平。煤制油10套裝置產能931萬噸/年,煤制天然氣4套裝置產能51.05億立方米/年,煤經甲醇制烯烴32套裝置產能1582萬噸/年(其中煤制烯烴產能1062萬噸/年),煤制乙二醇24套裝置產能488萬噸/年。煤制乙醇、煤制芳烴、二氧化碳加氫制甲醇技術也在突破,示范裝置陸續在建,現代煤化工產能初具規模、產量穩步提升。
        “十四五”規劃綱要提出,穩妥推進內蒙古鄂爾多斯、陜西榆林、山西晉北、新疆準東、新疆哈密等7個煤制油氣戰略基地建設,建立產能和技術儲備。
        直面困境與挑戰
        公開數據顯示,2020年全國煤化工行業共消費煤炭(包括焦炭)9.3億噸、碳排放量5.5億噸,其中能源活動及工業生產過程產生的直接排放占88%,電力間接排放占12%。
        國家發改委、工信部、生態環境部與水利部于2021年8月印發的《關于“十四五”推進沿黃重點地區工業項目入園及嚴控高污染、高耗水、高耗能項目的通知》指出,對現有已備案但尚未開工的擬建高污染、高耗水、高耗能項目一律重新進行評估,確有必要建設且符合相關行業要求的方可繼續推進。“十四五”時期,沿黃重點地區新建“三高”項目一律按通知要求執行。公開資料顯示,我國現有100%的煤制油、85%的煤制烯烴、50%的甲醇制烯烴項目均位于黃河流域。
        由此可見,現代煤化工產業因為自身的特點,面臨眾多挑戰。中國石油和化學工業聯合會會長李壽生表示,這些挑戰具體表現在以下四個方面。
        一是二氧化碳排放的挑戰。據測算,煤間接液化制油、煤直接液化制油、煤制烯烴和煤制乙二醇,噸產品二氧化碳的排放量分別約為6.5噸、5.8噸、11.1噸和5.6噸,未來二氧化碳的處置費用將直接增加現代煤化工企業的運營成本,部分產品將失去競爭力。
        二是水資源短缺的挑戰。我國煤炭資源與水資源逆向分布特點十分突出,西部省份的煤炭資源占全國的90.1%,特別是黃河中上游的山西省、陜西省、內蒙古自治區、寧夏回族自治區四地的煤炭資源占有量為全國的67%,但水資源僅占全國的3.85%,F代煤化工項目用水主要依賴黃河。近年來,黃河來水減少,而現代煤化工項目用水量不斷增加,因此今后較長一個時期,煤化工項目面臨的水資源供需矛盾依然突出。
        三是終端產品同質化的挑戰。隨著工藝技術的日趨成熟,現代煤化工項目建設速度不斷加快、數量不斷增加,但建設方案雷同,布局分散,未形成集群效應。煤制終端產品同質化問題突出,同業競爭激烈,導致煤制終端產品的價格持續走低。
        四是環境治理的挑戰。當前,我國實行嚴格的水資源管理、節能減排、環境監管政策,對能源消費將實行總量和強度雙控。部分地區嚴格限制新增化工產能,煤炭指標嚴格受限,不管是燃料煤還是原料煤,只要用煤,都面臨著減煤壓煤的風險。同時,部分地區要求現有現代煤化工企業的污染物排放總量必須連年大幅下降,企業無法擴大規模。
        隨著“雙碳”目標的提出,現代煤化工產業將面臨更大的減排壓力,能源領域將迎來根本性調整,現代煤化工加快綠色轉型已成當務之急。
        國家氣候變化專家委員會委員潘家華在公開采訪中表示,實現“碳達峰、碳中和”目標,并不是不能發展化石能源項目,但究竟有哪些項目可以繼續發展,還需要謹慎評估。技術潛力越是有限,將來被淘汰的可能性越大。結合減碳要求,技術先進性和可更新性,以及項目是否符合政策要求和趨勢,使其處于不被強制淘汰之列,也是新建煤化工項目需要參考的重要標準。
        國家能源集團鄂爾多斯煤直接液化生產線
        困境和挑戰正在倒逼行業、企業轉型升級,F代煤化工產業亟待重新布局,再按過去的“老路子”很難生存下去。
        近年來,煤炭企業在探尋化工板塊多元化、高端化、低碳化的發展方向上,進行了不少有益嘗試,取得了一些初步成效。“雙碳”目標下,煤炭企業如何迎接政策、技術、市場環境等諸多挑戰,更好發揮制度優勢、政策動力和技術潛力,探索推動煤化工產業實現高質量發展的“新路子”?已有不少企業嘗試性給出答案,而科技、低碳、清潔,正是其中的關鍵詞。
        “科技創新是煤化工企業的唯一出路,我們從國際先進、消化革新、轉型升級、替代進口四個方面努力,加強自主創新,實現科技創效。”陽煤化工集團總工程師劉會敏說。
        陽煤化工集團陽煤化工機械公司僅依托晉華爐這一拳頭產品,累計新增銷售額50億元,簽訂氣化爐合同74臺/套,在30多家企業成功實現商業化應用。
        在陽煤化工集團,基于清潔轉化的現代煤化工發展如火如荼,高附加值產品帶來了肉眼可見的高回報。
        “傳統煤化工生產一噸尿素的利潤只有500元。我們現在發展現代煤化工,生產一噸BDO原料的成本是1.1萬元,而每噸BDO原料的售價是3.1萬元,利潤率高達182%。”陽煤化工集團國泰新華公司董事長梁明國在采訪中表示。
        在陜西煤業化工集團,13家煤化工科研及設計單位聯合,建立起了國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室,開展了大量的核心關鍵技術攻關和產業化試驗示范,形成了一系列國際領先的產業技術成果。三項粒塊煤清潔高效熱解技術、兩項煤焦油加氫技術以及兩項煤制乙、丙烯技術已實現大規模產業化運行;兩項粉煤快速熱解高油收率技術和一項氣化熱解一體化技術已完成萬噸級工業化試驗,120萬噸/年粉煤快速熱解工業化示范裝置即將建成投運;50萬噸/年煤焦油制環烷基特種油品工業化示范裝置已實現滿負荷穩定運行,年產50萬噸煤焦油制特種油品聯產芳烴工業化示范裝置即將建成投運……
        “‘雙碳’目標涉及諸多方面的變革,將倒逼我們更好發揮制度優勢、政策動力和技術潛力。”在2021上半年經濟分析會上,陜西煤業化工集團黨委書記、董事長楊照乾表示。
        在中安聯合煤化公司,近年來累計投入的環保建設資金超過30億元,“花園式”的化工工廠甚至引來白鷺作客。去年全年,中安聯合煤化公司先后邀請人大代表、媒體記者、院校師生以及周邊居民代表等500多人,走進生產現場,親身感受中安聯合煤化公司在環保治理、煤炭清潔高效利用、綠色企業建設等方面的真實情況。
        “我們是做煤化工的,知道煤化工當前存在的短板,它存在污染和耗能的問題,但絕不能被妖魔化。而今,煤化工以高碳排放形式發展的窗口期已經關閉,新布點和大規模布局的可能性非常小。對于已布局、已批復的項目,進行能耗控制、節能減排、優化存量、轉型升級是主要任務,同時應積極探索綠色低碳發展的新路徑。”國家能源集團化工公司黨委書記、董事長閆國春在采訪中表示。
        國家能源集團化工公司以煤化一體為基礎,利用煤炭結構特性,以煤基特種燃料、煤基生物可降解材料、煤基炭素新材料為主線,構建了煤基新材料、新燃料戰略性新興產業增長極。該公司圍繞產業鏈、打造創新鏈、提高價值鏈,單位投資產值、萬元產值能耗及碳排放強度、產品競爭力均達到全國行業領先水平。
        煤化工生產線上產出精甲醇
        “現代煤化工是煤炭的最佳利用途徑,雖然國內煤化工產業起步晚,但起點高、技術先進、裝備條件好,清潔化程度不亞于油氣化工企業,高碳排放有較大的深加工利用空間。”中國煤炭加工利用協會理事長張紹強表示,“可以通過與綠電耦合,把所有的碳排放全部轉化為產品,做到低碳或近零碳排放,實現‘廠內碳中和’,這也是未來煤化工發展的潛力。”
        中國煤炭工業協會副會長劉峰指出,未來煤化工發展需更加深刻把握高端化、多元化、低碳化的方向內涵。
        高端化,即延伸產業鏈開發高性能產品。加強航空航天煤基高性能燃料、艦艇用柴油、特殊環境燃料、一體化通用燃料等特種油品研發;加強聚乙醇酸等煤基可降解塑料產品技術攻關,掌握含氧單體共聚接枝和封端技術,接近通用塑料水平;以煤液化油渣瀝青和煤焦化瀝青為原料,開發國防、航空航天用高模量碳纖維、超級電容器活性炭、高性能儲能電池負極等材料;攻關間接液化α烯烴分離加工技術、高端潤滑油、高端費托蠟制備技術,延伸煤制烯烴產業鏈。
        多元化,即發揮煤化工差異化發展優勢。實現產品多元化,研發煤制油、煤制化學品聯產耦合工藝和產品聯合加工技術;加工原料多元化,研發石腦油和甲醇共裂解技術,優化石腦油裂解反應和甲醇制烯烴反應熱平衡,生產烯烴的同時聯產PX;探索煤化工與新能源、天然氣化工、生物化工、石油化工、冶金建材過程的耦合技術,提供能效物耗優化解決方案。
        低碳化,即打造零碳排放煤化工產業。研發新型高效催化劑與工藝和過程節能技術,實現煤化工過程源頭減碳;突破可再生能源制氫制氧與煤化工合成耦合技術,應用綠氫綠氧,減少煤化工工藝過程碳排放;應用可再生能源綠電,研發高效儲熱制蒸汽技術,利用綠電和低谷電價制蒸汽;開展煤化工CCUS技術攻關,突破煤化工CO2低成本捕集、CO2化工和礦化利用,CO2驅油地質封存技術,開發CO2制芳烴、乙醇、乙二醇、烯烴、碳酸脂、DMF等化學品。
        “煤炭清潔高效利用為我國能源轉型提供立足點。”劉峰表示,“一方面,轉型后的煤炭能源占比將以保障國家能源安全、經濟增長和能撬動國際市場為依據,在一次能源結構中占比需要高于30%;另一方面,中國正成為世界煤炭行業主導者,需要秉承綠色低碳發展理念,發揮煤炭有機物含量多的屬性和特點,加快推進煤炭由單一燃料向燃料和原料并重轉變,拓展作為原料的消費利用空間,成為世界潔凈煤利用的引領力量之一。”
        “十四五”規劃綱要提出,增強能源持續穩定供應和風險管控能力,實現煤炭供應安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應穩定可靠;做好煤制油氣戰略基地規劃布局和管控;加強煤炭儲備能力建設;建設清潔低碳、安全高效的能源體系;完善煤炭跨區域運輸通道和集疏運體系;推動能源清潔低碳安全高效利用等,從國家能源安全、現代能源體系建設、綠色發展等多個方面,為煤炭行業、煤化工產業發展畫出了藍圖,提供了機遇。
        數字化發展“十四五”規劃綱要提出,以數字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式變革;構建基于5G的應用場景和產業生態,在智慧能源等重點領域開展試點示范;推動煤礦、油氣田、電廠等智能化升級等,指出了煤炭行業通過數字化轉型促進碳減排的方向,助力煤炭生產環節節能,實現生產環節“脫碳”,追蹤并有效管理行業碳排放。未來,加強煤炭基礎理論研究和關鍵技術攻關,將成為實現煤炭行業、煤化工產業綠色低碳轉型的重要支撐。
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