“双碳”背景下现代煤化工的发展前景

(新疆天业汇合新材料有限公司,新疆石河子市,832000) 刘东凯 魏 东 巨文章

习近平总书记在第七次十五届联合国国际会议一般性辩论上发表了重要演讲,具体指出为应对全球变暖、适应新的全球气候挑战，我国提出了新的自主贡献目标和长远计划,在大会上正式提出我国二氧化碳排放“30、60”总目标[1]。“双碳”目标的提出,对中国能源结构产生了巨大改变,特别是煤电产业和迅速兴起的现代煤化工产业。中国现代煤化工产业迅速发展壮大,对于维护我国能源安全有着很大意义,也是煤炭清洁有效使用的渠道之一。

1 现代煤化工发展现状

石化产品是国民经济发展的重要基础原料,市场需求巨大,但由于中国富煤、缺油、少气的资源禀赋,我们国家的石油和天然气供给对外依存性很高。据统计,截至2021年年底中国石油对外依存性为72.2%,而天然气对外依存性则为43.7%,而以石油为原材料的下游乙炔、丙烯、乙二醇等化工产品,将严重依赖进口石油和相关的进口产品[1]。因此，促进中国现代煤化工行业的创新发展,丰富中国石化原材料来源,建立现代化与传统石油及化工行业相辅相成、协同发展的工业格局，对维护石油及化工行业安全、推动中国石化原材料多元化发展有着重大意义。

1.1 我国现代煤化工主要技术

我国现代煤化工技术历经多年的探索与研究,经过持续的重大技术突破与经验积累,我国的煤化工行业在技术和重要技术设备自主化以及产品市场开拓等领域都得到了蓬勃发展,其中部分技术都是国际首创。中国现代煤化工技术应用的主要科技成果有煤化工艺技术、煤液化工艺技术等。由我国自主研发的煤化工技术在我国已得到了成功应用，如清华大学水冷壁水煤浆天然气化工艺技术成功运用与新疆天业汇合新材料公司60万吨/年煤制乙二醇项目，中国神华集团开发的煤炭资源直接液化技术工艺和催化剂等新工艺技术成功运用于神华鄂尔多斯的百亿吨级煤制油化科技工程项目中等。目前,中国的现代煤化工发展技术水平和装置自主度已远远领先世界各国,尤其是煤制烯烃、煤油共炼、煤制芳香族化合物、煤制乙二醇等工艺技术都已达到了世界的高点。

1.2 我国现代煤化工产能现状

据《中国石油和化学工业联合会》发布数据显示,截止2020年年底,全国正在建设的煤化工生产煤制油、燃气、烯烃、生产乙二醇等四类建设项目的产品能力数量,依次是煤制油技术总产能约为930万吨/年,煤制燃气技术总产能约为51亿m3/年,煤制烯烃技术总产能约为1 580万t/a,煤(合成气)生产乙二醇总产能约为489t/a。结合我国的能源结构，在“十四五”期间，绿色低碳的现代煤化工仍将是我国石化产品生产的主力军。据《煤矿产业“十四五”现代煤化工技术经济蓬勃发展引导建议》中预计,到“十四五”末,我国煤制油生产能力将达到1200万吨/年,煤制气生产能力将达到150亿m3/年,煤制烯烃生产能力将达到1500t/a,煤制乙二醇生产能力将达到800万t/a，可见现代煤化工在我国依然保持着强有力的发展势头。

2 现代煤化工发展机遇与挑战

2.1 现代煤化工发展机遇

在当前的“双碳”目标、能耗“双控”和“两高”防控下的节能减排等关键政策条件下,中国现代煤化工面对着极大的挑战,在碳减排方面也面临的压力较大。但从我国的能源结构来看,现代煤化工技术仍然是中国当前的重点发展方向,同时“十四五”阶段将是我国现代煤化工高质量、多产业相结合发展的重要阶段,煤化工将进行以现代化、绿色化、低碳化为代表的新一轮技术革命,走出一条通过多产业融合发展的清洁高效绿色低碳的发展道路。

2.2 现代煤化工发展面临的挑战

随着近几年的快速发展,我国煤化工技术及装备已处于世界领先水平,我国的煤化工行业生产规模也快速扩展,但随着煤化工产业在我国的快速崛起,现代煤化工存在的高能耗、高水耗及高污染的问题也快速凸显。据中国石油与化工行业总会统计资料表明,中国煤制石油单位产品平均耗煤4.0吨标准煤/吨,单位产品取水8.2吨/吨,单位产品CO2排放5.8吨/吨；煤制天然气单位产品平均耗煤2.5吨标煤/千标方,单位产品取水7.5吨/千标方,单位产品CO2排放4.8吨/千标方；煤制烯烃单位产品平均耗煤5.0吨标煤/吨,单位产品取水19.3吨/吨,单位产品CO2排放10.52吨/吨；煤(合成气)制乙二醇单位产品平均耗煤2.4吨标煤/吨、单位产品取水17.3吨/吨,单位产品CO2排放5.6吨/吨[2]。在国家“双碳”等政策的多重约束下,现代煤化工的发展面临着巨大的压力,现代煤化工产业既要落实“双碳”战略应当承担的责任,加快行业科技创新和节能减排的力度,又要面对因外部环境影响造成煤和原材料上涨带来的成本压力,可谓是困难重重。

3 现代煤化工绿色发展的建议

3.1 加强节能减排技术的研发与推广

现代煤化工属于清洁化工,但其碳污染强度仍然较高,且单体项目碳排放量也较大,因此探寻中国现代煤化工行业的低碳化发展趋势已迫在眉睫，在煤化工行业推广节能减排技术也势在必行。现代煤化工项目在工艺技术、生产装置以及后期操作流程中技术进步显著,都在节能减排等方面也不断作着尝试与探讨,新疆天业汇合新材料公司的60吨乙二醇项目采用了国内技术先进的晋华炉3.0气化炉，在原有技术的基础上通过优化，使原本废锅副产生的9.8MPa蒸气能力的原设计下限值(35t/h)提升至(80t/h)，据计算,每台设备可节约标煤5.62～8.43t/h,减排CO214.28～21.41t/h[3]；同时通过技术研发与工艺改进充分利用了生产工艺过程中产生的余热余压；除此之外,还利用液力透平技术来回收生产工艺中的富余能力来减少设备的电量消耗。煤化工企业都在不断的对现有技术进行优化和升级，最大限度的实现企业节能减排成效。

3.2 现代煤化工与绿电绿氢技术结合发展

近年来中国国内以光电科技、风能为代表的绿电技术迅速发展壮大,同时电解水制氢气的绿色发展道路也快速崛起,由于光电、风电成本较低，致使水电解制氢气成本也伴随着大幅下降。目前的煤化工工艺中氢气获取方法主要是以采用水煤气变换反应产生CO为代价生产的,但如果将煤化工技术生成过程中所需要的氢气由燃气获取或者直接采用更为绿色环保绿氢技术获得,而没有采用过度消耗CO来调整合成气中的H2类型/CO比,将会降低CO2的排放量。如果能够实现光电、风电等绿色发电的方式与绿氢及现代煤化工的完全结合，可能未来煤化工生产工艺将进行重大转型,整个煤化工工艺将会转化为:绿电+煤气化+绿氢的绿色合成工艺，绿氢用于合成气补氢和下游生产的加氢精制过程,可缩短甚至完全不用CO变换的制氢工艺,伴随着净化和脱碳规模也将会明显降低[4,5]。

3.3 加强二氧化碳利用技术的开发

当前全球各地都开始对环保问题格外的关注,加强管理煤化工工业生产过程中二氧化碳的排放，不断地加大科研投入来探寻着降低CO2排放的新办法,同时也在积极探索CO2的回收利用技术,当前除已经开始进行实施碳捕集与封存方法之外,各国通过研究CO2回收利用的关键技术实现低碳循环,也成为了进行低碳中和的主要技术手段。目前,中国已经在使用CO2生产的乙酰丙胺、甲酸、碳酸酯可降解塑料等高价值化学品方面获得了一定的发展。其中,由内蒙古久泰公司、中国成达和清华大学联合研究设计建造的世界上第一套CO2制芳烃工程试验装置,已实现了工艺包和技术基础设计[6]。

4 结语

现代煤化工行业要达到“双碳”目标,就必须实现多产业融合发展,形成煤、石油、清洁能源、现代绿色能源等为一体的化工产业集群,积极推进降低“三高”关键技术的研发和运用,真正走向了现代化、低碳化、多元化的发展道路。同时不断进行科技创新,解决二氧化碳回收利用技术瓶颈,开辟出一套以CO2、水和绿色可再生能源为原料来生产人类所必需化学品的化工体系。届时,现代煤化工也许将彻底进入温室气体零排放时代,真正实现现代煤化工高质量发展。