双碳背景下煤化工行业技术路径探索

双碳背景下煤化工行业技术路径探索

李志强

身份证号：142329198708131216

摘要：从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面，分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑，推动其与新能源的优势“合并”，突破碳减排关键核心技术，是碳中和背景下现代煤化工低碳清洁发展的必由之路

关键词：现代煤化工产业；技术路径；碳中和

引言

如今，碳达峰、碳中和已成为一场波及中国上上下下广泛而深刻的经济社会系统性变革。作为化石能源生产和消费的主要行业，煤化工产业可能要首当其冲，成为靶心。一方面，煤化工是碳排放大户，排放总量随着产能的扩大还在同比大幅增升，未来一定是被重点关注的行业。数据显示，去年，我国煤化工产业贡献的碳排放量达到49亿吨，较5年前增长了近50倍。另一方面，在碳中和的过程中，国家将会出台一系列限制政策措施，而煤化工恐将是首先被限制的行业之一[1-3]。

1 现代煤化工产业碳排放特点与碳减

排潜力现代煤化工是以先进煤气化技术为龙头的清洁 煤基能源化工产业体系，煤炭以原料和燃料两种 形式进行利用。作为原料时，煤炭参与化学反应，部分碳元素转化为产品，部分碳元素转化为CO2循环利用或排放，少量碳元素以灰渣形式排出；作为燃料时，煤炭燃烧产生蒸汽并发电，为化学反应、产物分离及公用工程等提供动力和能量，碳元素大部分转化为CO2，少量转化为灰渣。

现代煤化工碳排放具有浓度高、排放集中的特点。工艺过程碳排放主要来自水煤气变换（WGS）及酸性气体脱除单元；能源系统碳排放主要来自工业锅炉、电站锅炉以及火炬等。

煤制烯烃的CO2排放系数最高，达10.5t/t产品，主要原因是原料煤在气化、WGS以及低温甲醇洗过程中一半以上的碳以CO2形式排出，燃料煤在燃烧过程中也大部分转化为CO2。与直接液化相比，间接液化的CO2排放系数更高，主要原因是有煤气化过程，工艺系统碳排量较高；但直接液化同样需要来自化石能源（包括煤气化）的氢气为原料，且在高温高压下将煤炭催化加氢合成液体烃燃料，因此生产过程总碳排放系数达到约5.56t/t产品。

2 煤行业减碳方式

2.1 原料减碳

煤、石油都是高碳低氢原料，煤含氢量一般不会超过5%（重量百分比），石油含氢量在10%～15%。如果在原料中加入天然气、页岩气或工业尾气等，是可以减少碳排放的。因为天然气的主要成份是甲烷，1个碳4个氢，含碳量很低，热值较高。西方国家减少碳排放量主要靠的就是这条途径，特别是在俄罗斯、中东以及美国等天然气资源比较丰富的地区。

2.2 垃圾气化。

现在煤化工产业的大部分垃圾都是埋掉，部分用来发电。如果把垃圾进行纯氧中压气化产生合成气，不仅没有焦油和二噁英，还能代替煤作为原料。用垃圾代替煤气化是目前煤化工产业新的出路。此法成本低且产生的二氧化碳数量比煤要少，目前正在研究中。据悉，用固定床加二段炉气化的话，每吨垃圾估计可转化 800 立方米合成气。不过用这个方法要另建气化炉，必须考虑投资问题。建议新建煤化工项目可以采用煤气化炉和垃圾气化炉共建这个方法，实现减排、减污染、降低生产成本、节煤。

2.3 对现有装置进行减排

这里需要注意的是，新近投产的煤化工装置，基本上采用的是近几年最新的节能技术，进行过计算机系统模拟和优化，仅对某个单元或局部进行技术更新，难以使整体工艺产生明显节能减排效果。建议对已运行二三十年的陈旧装置进行系统改造，减排还是可期的。

2.4 重视二氧化碳回收

在煤化工项目周边植树造林，利用植物进行绿地和生态回收二氧化碳，依靠自然界的阳光和水，在光化学的作用下将二氧化碳转变为有机物，同时提供氧气。当然，这也是一笔可观的投资。具体来说，年产180万吨的甲醇项目，周边需要128平方公里的阔叶林相伴，而年产400万吨的合成油项目，周边则需要789平方公里的阔叶林相伴。不过在煤化工项目旁边建木材加工厂，可以生产木材，同时进行木材加工，而煤化工项目也有了解决二氧化碳排放的出路，算是一举两得的事。

2.5 将二氧化碳深埋地下

据美国《科学》杂志的报告，科学家把二氧化碳注入地下玄武岩层，借助自然化学反应将二氧化碳转化为固态碳酸盐。这个技术通常选择的封存地点是废弃油气田等，但技术的安全性还有待验证。

2.6 节电

对煤化工产业来说，节电就是减排。因为我国70%以上发电靠的是煤炭，而煤电单位电量排碳量是所有发电中最高的。

3 现代煤化工行业减碳控制措施

3.1 完善煤化工行业低碳发展机制

建立健全促进煤化工行业控煤降碳的市场经济政策，加快出台和实施有利于煤化工行业控煤降碳的财政、税收、补贴、金融等激励政策，加大对利用天然气等非煤原料生产合成化工产品、加热炉煤改电技术改造以及低温余热发电、先进煤气化工艺、智能化控制技术等支持力度。鼓励地方政府通过专项债、信贷 等支持社会资本参与煤化工企业控煤降碳技术升级改造。

3.2 加快推进煤化工行业纳入碳排放交易

健全碳交易市场化发展的政策措施和运行机制，明确煤化工行业碳排放配额和交易规则，推进碳交易市场建设。研究建立稳定积极的煤化工行业碳排放权交易政策和灵活的价格调控机制。

3.3 充分发挥产业结构调整指导目录等名录政策引导作用

按照《现代煤化工创新发展布局方案》和《煤炭深加工产业“十三五”规划》等产业规划路线图，研究修订产业结构调整指导目录，加大传统煤化工落后产能淘汰力度、控制现代煤化工发展规模，制定煤化工行业高碳/低碳产业或产品名录，并将高碳产业或产品纳入限制类和淘汰类予以约束。将碳排放水平纳入环境保护综合名录等相关名录制定实施工作中。发布国家重点推广的低碳技术目录，积极推广先进煤气化工艺等适用技术。

3.4 强化煤化工行业碳排放环境管理制度

将碳排放全面纳入环境管理制度，依托全国排污许可证管理信息平台实现碳排放数据报送、管理、监管等业务功能，逐步实现与能源、统计、电网等外部数据库的对接。将碳排放监测、报告与核查及配额分配和履约管理等碳排放交易的基础工作充分纳入排污许可管理，引导企业统筹考虑实现“减污”与“降碳”协同治理。有序开展煤化工行业大气污染物和温室气体协同控制试点示范。

3.5 大力推动煤化工企业低碳技术创新和工程试点示范

积极开展技术研究，有序推动煤化工行业规模化、全链条二氧化碳捕集、利用和封存示范工程建设。鼓励现代煤化工企业与石油企业及相关行业合作, 开展驱油、微藻吸收、地质封存等示范。示范利用绿氢和火电捕集的二氧化碳反应合成甲醇燃料。加强碳转化利用理论与关键技术、高效催化剂的研究攻关，推进二氧化碳综合利用。加大对煤化工企业开展节煤降碳技术的研发和推广使用的政策支持力度。

结束语

综上所述，减排将是煤化工产业在“十四五”期间面对的最大难题。只有及早在实际环节上下功夫，煤化工产业在实现双碳目标中，才能不至于成为被革命的对象。

参考文献：

[1]卫立功,孙东峰.煤化工工艺二氧化碳减排技术研究[J].化工设计通讯,2020,46(08):14+21.

[2]张建峰.煤化工工艺中二氧化碳减排技术分析[J].化工管理,2019(32):99-100.

[3]王卫峰.煤化工工艺中二氧化碳减排技术研究[J].化工设计通讯,2018,44(12):12.