“雙碳”目標下 現代煤化工產業減碳的思路
現代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產清潔能源和化工產品為主要目標的現代化煤炭加工轉化產業。基于我國油氣匱乏、煤炭相對豐富的資源稟賦特點，現代煤化工產業依靠技術革新，實現石油和天然氣資源的補充和部分替代，是國家能源生產和消費革命的重要內容。
近年來，我國現代煤化工產業穩步發展，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品和燃料的示范項目陸續建設和投產。據統計，截至“十三五”末，我國已建成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業化推廣項目。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品的產能，較2015年增幅分別達到180.88%、64.41%、99.74%和112.17%。從產能利用率來看，除煤制乙二醇為72.5%，其他均實現80%以上。2019年，全國現代煤化工行業中煤制油、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然氣等產品產量分別約為746萬噸、908萬噸、6216萬噸、316萬噸、43億立方米。
目前，我國已形成以“三西（蒙西、陜西、山西）+寧夏”為核心，以新疆、青海為補充，以東部沿海為外延的現代煤化工產業格局，內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東、伊犁、吐哈、和豐等煤化工基地已初具規模。
本文主要探討在“雙碳”目標背景下，現代煤化工產業的減碳思路。
面對“雙碳”目標，產業高碳、集排特性是把“雙刃劍”
現代煤化工產業具有高碳屬性。利用煤化工生產替代石油化工生產的化工產品，需要對氫/碳原子比進行調整。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程中都會有大量的碳以二氧化碳的形式產生。根據碳元素轉化率不同，噸產品產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。數據顯示，截至2019年底，我國現代煤化工產業的原料煤轉化量約1.55億噸標煤，約占煤炭消費量的5.6%。出于自身結構及反應過程，消費1噸煤將排放2—3噸以上二氧化碳，從原理上來講，這個排放不可避免，未來數億噸的二氧化碳排放問題將成為產業持續發展最大的約束之一。
“雙碳”目標對現代煤化工產業提出極大挑戰。扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，將成為未來一段時期的重要任務。在這一愿景的實現過程中，能源領域將迎來一次根本性調整，現代煤化工產業如何加快減碳、如何實現低碳轉型已成當務之急。
現代煤化工產業碳排放具有濃度高、排放集中優勢。形成這項優勢的原因有兩點。第一，煤化工生產中的二氧化碳排放主要有能源使用過程中的燃燒排放以及生產過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、煤燃燒排放過程，排放濃度較低，生產過程中的工藝排放主要來自氣凈化環節，排放濃度較高，二氧化碳的體積能夠達到65%—95%。第二，二氧化碳的排放量分布比較集中，并且單個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到百萬噸以上，而生產過程排放的二氧化碳量所占比例在55%以上，排放源比較集中，這就使得工業生產過程中排放的二氧化碳能夠得到富集。因此，對二氧化碳進行提純投入會相對較少，操作會相對簡單。
部分企業雖已納入重點碳排放單位名單，但其生產過程碳排放并未納入。2020年，生態環境部印發《納入2019—2020年全國碳排放權交易配額管理的重點排放單位名單》，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均被納入，然而，文件規定的配額管理僅針對煤化工企業自備電廠發電排放環節，而相比之下，現代煤化工生產過程的碳排放更甚，但生產過程碳排放卻暫未參與全國碳市場。
產業雖正逐步探索減碳技術工藝，但尚遠不能滿足日益增長的碳減排需求
在二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）方面，現代煤化工產業積累了寶貴的經驗。2010年，神華集團煤制油化工公司鄂爾多斯煤制油分公司10萬噸/年CCS示范項目的液化與凈化裝置打通全流程，成為國內第一個CCS工業化示范項目，取得了CCS的重大創新，不僅首次實現煤制油高濃度CCS全流程集成工業化系統的示范，還首次將壓裂增注引入二氧化碳咸水層封存，實現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品方面，現代煤化工產業也已著手布局。近年來，我國現代煤化工企業和科研機構在二氧化碳制甲醇、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值化學品方面取得一系列研究進展，從賽迪智庫整理的已建成和規劃的現代煤化工企業二氧化碳利用制化學品項目（見表1）來看，現代煤化工產業已開展了若干二氧化碳資源化利用項目來實現減碳。
工藝革應該是減少二氧化碳排放的最根本手段，也是“雙碳”目標下最有效的碳減排途徑。在此方面，現代煤化工行業已開展了初步嘗試。2020年，寶豐能源率先開啟新能源產業與現代煤化工產業的替代式發展，依托現有循環經濟產業鏈，投資建設國際一流的“太陽能電解制氫示范項目”。項目將太陽能“綠氫”直供化工裝置生產高附加值的煤基新材料產品，降低現行通用工藝中原料煤的消耗，同時，還用于將項目所產的“綠氧”替代空分裝置所產的氧氣，減少燃料煤消耗。以太陽能電解水制氫項目的綠色新能源替代原料煤和燃料煤，則通過可再生能源的多維應用，破解能源應用需求和降碳減排之間的矛盾。
煤化工產業減碳應從三方面著手
首先，大力發展CCUS技術推動減排，利用煤基能源化工過程中副產二氧化碳高濃度優勢，積極探索CCUS技術，超前部署高效CCS以及二氧化碳驅油等CCUS技術的前沿性研發。積極擴展二氧化碳資源化利用途徑與領域，將二氧化碳作為資源加以產業化利用，推動資源化利用二氧化碳生產高附加值烯烴、甲醇等化工產品。
其次，通過現代煤化工和石油化工、可再生能源生產工藝融合減少碳排放。重點研究煤轉化、油煤氣耦合制燃料和大宗化學品的新路線，推動煤化工和石油化工融合發展。利用現代煤化工基地優勢的可再生能源，如太陽能資源、高溫核能等制取的低碳氫耦合煤化工，部分替代煤制灰氫，以大幅減少二氧化碳排放。
最后，從政策層面來講，應盡快制定煤化工行業達峰目標及達峰行動方案，從政策層面倒逼和引導現代煤化工產業低碳轉型。應加嚴管控，針對行業出臺更詳細的碳盤查、碳核算指南，適時積極參與全國碳交易市場。
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