陳 陽(yáng)，楊 芊

(中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)，北京 100013)

2020年9月22日，習(xí)近平總書(shū)記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上正式提出二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。同年12月12日，習(xí)近平總書(shū)記在氣候雄心峰會(huì)中進(jìn)一步宣布，到2030年，中國(guó)單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到25%左右。“雙碳”目標(biāo)的提出，對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)帶來(lái)深刻變革，尤其是煤炭及煤電行業(yè)，由于煤是一種碳多氫少的物質(zhì)，加工轉(zhuǎn)化成碳?xì)湎喈?dāng)或者碳多氫少的產(chǎn)品具有一定難度，碳排放量數(shù)值自然一直處于高位。相較于傳統(tǒng)煤炭加工，現(xiàn)代煤化工可以將煤炭加工轉(zhuǎn)化為價(jià)值更高的油品和化工產(chǎn)品，提高煤炭利用效率、增加產(chǎn)品附加值，實(shí)現(xiàn)煤炭加工利用全過(guò)程清潔最大化，是煤炭資源低碳化利用的重要推手。

2021年9月13日，習(xí)近平總書(shū)記在國(guó)家能源集團(tuán)榆林化工有限公司考察時(shí)強(qiáng)調(diào)，煤炭作為我國(guó)主體能源，要按照綠色低碳的發(fā)展方向，對(duì)標(biāo)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)，立足國(guó)情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級(jí)。煤化工產(chǎn)業(yè)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(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，把加強(qiáng)科技創(chuàng)新作為最緊迫任務(wù)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，積極發(fā)展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等?？倳?shū)記的講話強(qiáng)調(diào)了煤炭在我國(guó)能源體系中的重要戰(zhàn)略地位，指明現(xiàn)代煤化工是煤炭轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向，加快煤化工關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、延伸產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)高碳資源低碳利用的必經(jīng)之路。

1 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代煤化工是以煤為主要原料，生產(chǎn)油、氣等多種煤制清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料的煤炭加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)，主要包括煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇等四大類產(chǎn)業(yè)模式?！笆濉币詠?lái)，煤化工發(fā)展突飛猛進(jìn)，均已實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，截至“十三五”末，我國(guó)已經(jīng)建成10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(chǎn)業(yè)化推廣項(xiàng)目[1]。

1.1 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸增加

截至2020年底，煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇產(chǎn)能分別達(dá)到931 萬(wàn)t/a、51.05 億m3/a、1 122 萬(wàn)t/a、597 萬(wàn)t/a，投產(chǎn)率分別增長(zhǎng)至56.06%、91.77%、96.30%、50.28%，呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)代煤化工近5 a產(chǎn)能情況如圖1所示，投產(chǎn)率如圖2。

圖1 我國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)能情況

圖2 我國(guó)現(xiàn)代煤化工投產(chǎn)率情況

1.2 生產(chǎn)運(yùn)行水平持續(xù)提升

“十三五”期間，國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司采用具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)建成400萬(wàn)t/a煤間接液化示范項(xiàng)目[2]。國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯煤直接液化示范項(xiàng)目累計(jì)生產(chǎn)油品388 萬(wàn)t，生產(chǎn)負(fù)荷維持在85%左右，單周期穩(wěn)定運(yùn)行突破420 d。國(guó)家能源集團(tuán)包頭煤制烯烴項(xiàng)目最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行突破528 d，累計(jì)生產(chǎn)聚烯烴315 萬(wàn)t左右[3-4]。隨著技術(shù)水平和工藝系統(tǒng)的優(yōu)化與提升，現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目單位產(chǎn)品能耗、水耗顯著降低，如百萬(wàn)噸級(jí)煤間接液化項(xiàng)目單位產(chǎn)品綜合能耗為2 t標(biāo)煤，單位產(chǎn)品原料煤耗為3.5 t標(biāo)煤，單位產(chǎn)品工業(yè)水耗為5～6.8 m3[5]。國(guó)家能源集團(tuán)神華百萬(wàn)噸級(jí)煤直接液化項(xiàng)目噸油品耗水由設(shè)計(jì)值10 m3降至5.8 m3以下；神華寧煤400 萬(wàn)t/a煤炭間接液化項(xiàng)目噸產(chǎn)品新鮮水消耗降至6.1 m3，相較于南非沙索公司煤炭間接液化工廠噸產(chǎn)品水耗12.8 m3有大幅下降[6]。

1.3 綜合技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位

大型煤氣化技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，氣流床氣化技術(shù)、固定床氣化技術(shù)單爐投煤量規(guī)模分別達(dá)到3 000～4 000 t/d、1 000 t/d。低溫費(fèi)托合成技術(shù)取得進(jìn)一步成果，新型費(fèi)托合成催化劑已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室定型，催化劑產(chǎn)油能力提升30%～50%。自主甲烷化技術(shù)研究取得階段性成果，甲烷化催化劑和甲烷化技術(shù)得到突破性進(jìn)展，已經(jīng)進(jìn)行中試或工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。合成氣制乙二醇自主化技術(shù)水平不斷提升，單臺(tái)DMO反應(yīng)器產(chǎn)能由5萬(wàn)t/a增長(zhǎng)至10萬(wàn)t/a，加氫催化劑壽命由平均2 000 h增至5 000 h，噸乙二醇產(chǎn)品能耗由3 t標(biāo)煤降至2.6 t[5，7]。甲醇制烯烴技術(shù)在大型化的化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用，如以中科院大連化學(xué)物理研究所DMTO生產(chǎn)技術(shù)為代表的自主甲醇制烯烴技術(shù)，在神華煤礦80 萬(wàn)t/a煤制烯烴項(xiàng)目中，首次投料并試車(chē)成功，2020又相繼開(kāi)發(fā)出甲醇制烯烴三代DMTO技術(shù)，目前5 000 t/a的生產(chǎn)線已經(jīng)正式投產(chǎn)[8]。

1.4 安全環(huán)保水平不斷提高

“十三五”以來(lái)，現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目均按照最嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)開(kāi)工，部分項(xiàng)目率先執(zhí)行了超低排放。西部地區(qū)項(xiàng)目執(zhí)行污水“近零排放”，廢渣綜合利用率逐步提高。神華鄂爾多斯煤制油公司開(kāi)發(fā)了高選擇性多元協(xié)同強(qiáng)化催化降解新技術(shù)及生物與化學(xué)耦合分級(jí)處理關(guān)鍵技術(shù)，解決了煤直接液化產(chǎn)生的高濃污水中溶解性有機(jī)毒物的選擇性降解難題。中煤鄂爾多斯能源化工有限公司集成高級(jí)氧化、降膜式蒸發(fā)、超濾、納濾、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)處理煤化工濃鹽水，廢水回用率高達(dá)98%，每年可回收利用廢水470 萬(wàn)t，按照每噸水10元價(jià)格計(jì)算，可節(jié)約500萬(wàn)元左右，實(shí)現(xiàn)廢水資源化利用[9]。

2 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

雖然我國(guó)現(xiàn)代煤化工一直處于世界領(lǐng)先水平，但是由于自身發(fā)展時(shí)間較短，技術(shù)手段尚未成熟等原因，大而不強(qiáng)、大而不優(yōu)問(wèn)題一直存在，如煤化工存在能耗、水耗仍居高位，產(chǎn)品單一、同質(zhì)化嚴(yán)重的問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)CO2排放量居高不下被認(rèn)定為“兩高”產(chǎn)業(yè)。在國(guó)家“雙碳”、“雙控”“雙限”政策的多重約束下，現(xiàn)代煤化工的發(fā)展受到了嚴(yán)重限制。因此，必須加快現(xiàn)代煤化工向高端化、多元化、低碳化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2.1 “三高”問(wèn)題突出

在限制全國(guó)“兩高”項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)上，國(guó)家印發(fā)嚴(yán)控沿黃地區(qū)“三高”項(xiàng)目建設(shè)的通知，即針對(duì)現(xiàn)有已備案但尚未開(kāi)工的擬建高污染、高耗水、高耗能項(xiàng)目一律重新評(píng)估，確有必要建設(shè)且符合相關(guān)行業(yè)要求的可以繼續(xù)推進(jìn)。現(xiàn)代煤化工是重點(diǎn)控制的“三高”項(xiàng)目。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)煤化工行業(yè)消費(fèi)煤炭(包括焦炭)9.3 億t，碳排放量為5.5 億t，其中能源活動(dòng)及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的直接排放占88%，電力間接排放占12%。在現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目中，全部的煤制油、85%煤制烯烴、接近一半的甲醇制烯烴項(xiàng)目均分布在黃河流域[9]。因此，在增加水耗門(mén)檻后，現(xiàn)代煤化工的準(zhǔn)入要求進(jìn)一步提高。

現(xiàn)代煤化工是黃河流域主要的耗水產(chǎn)業(yè)，目前用水總量約為5.3億m3，從煤化工各產(chǎn)業(yè)板塊來(lái)看，煤直接制油、煤間接制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制乙二醇單位產(chǎn)品取水量分別為6.5 m3/t、7.0 m3/t 、6.0 m3/(kN·m3)、16.0 m3/t、9 m3/t、10 m3/t。黃河流域水資源匱乏，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)用水量過(guò)度，將對(duì)流域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

現(xiàn)代煤化工低碳化利用已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但仍屬于高碳排放項(xiàng)目，其單位產(chǎn)品CO2排放強(qiáng)度見(jiàn)表1[10-11]。

表1 現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目碳排放強(qiáng)度

現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的碳排放源頭主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是工藝過(guò)程以低溫甲醇洗工段為主的高濃度CO2排放；二是以熱電中心鍋爐為主的低濃度CO2排放。其中，低溫甲醇洗CO2源自變換單元，將CO轉(zhuǎn)變?yōu)镠2和CO2[12]。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，工藝技術(shù)尚待突破

目前煤化工產(chǎn)品以大宗通用化學(xué)品和油品為主，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)品鏈條短、產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重。初級(jí)產(chǎn)品及中間產(chǎn)品占比高，高端產(chǎn)品占比少，導(dǎo)致煤化工產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，難以適應(yīng)市場(chǎng)波動(dòng)，無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)化工新材料自給率為60%，其中工程塑料樹(shù)脂自給率僅為38%，高端電子化學(xué)品市場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)口依存度高達(dá)90%以上[13]。

國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)降低，導(dǎo)致石油化工產(chǎn)品成本和價(jià)格呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而我國(guó)煤炭行業(yè)受限煤政策影響，煤價(jià)飆升，在國(guó)家宏觀政策的調(diào)控下有所降低，但相較于過(guò)去仍有大幅增長(zhǎng)，因此現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目原料成本增加。在產(chǎn)品價(jià)格大幅下降的環(huán)境下運(yùn)行，盈利能力微乎其微，多數(shù)煤化工項(xiàng)目處于虧損狀態(tài)。石油化工產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展方向是生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品，與煤化工產(chǎn)業(yè)形成相當(dāng)程度的交叉和重疊，必然會(huì)使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。這就要求現(xiàn)代煤化工必須要走出一條高端化新路徑，提高產(chǎn)品價(jià)值鏈，提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 現(xiàn)代煤化工實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的對(duì)策

煤制油、煤制烯烴等現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)能夠在一定程度上替代油品，降低我國(guó)石油產(chǎn)品對(duì)外依存度，對(duì)保障國(guó)家能源安全具有重要戰(zhàn)略意義，但目前現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目建設(shè)前期投入成本大，建設(shè)周期長(zhǎng)，工藝流程和技術(shù)水平有待優(yōu)化和提升。因此，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，必須引導(dǎo)煤化工與石油化工產(chǎn)業(yè)差異化發(fā)展、煤化工與綠電、綠氫融合發(fā)展、堅(jiān)持科技創(chuàng)新、積極推廣CCUS碳捕集技術(shù)，真正走上高端化、低碳化、多元化發(fā)展路線，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工科技創(chuàng)新

科技創(chuàng)新是提高煤炭轉(zhuǎn)化效率，節(jié)能降碳的關(guān)鍵所在。在國(guó)家部委的支持下，我國(guó)現(xiàn)代煤化工領(lǐng)域已經(jīng)取得科技成果示范，如煤制油、煤制氣、煤制烯烴、煤制甲醇汽油和高含氧燃油添加劑、大型煤焦油加氫制油等升級(jí)示范項(xiàng)目全面取得成功，對(duì)構(gòu)建綠色低碳現(xiàn)代煤化工體系起到引領(lǐng)作用。

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)是通過(guò)不同的生產(chǎn)工藝過(guò)程來(lái)提供多種用途的化工產(chǎn)品，其科技創(chuàng)新的突破口在于生產(chǎn)高性能、高附加值的高端差異化產(chǎn)品[14-15]。充分發(fā)揮煤直接液化油品“一大三高四低”的顯著特性，開(kāi)展煤基軍用特種燃料研究，如高閃點(diǎn)噴氣燃料、高吸熱碳?xì)淙剂?、艦用柴油等煤基新材料，在減輕我國(guó)對(duì)石油資源依賴程度的同時(shí)保障能源安全。

加快二氧化碳捕集、封存技術(shù)研發(fā)，開(kāi)展煤化工CCUS技術(shù)攻關(guān)，突破煤化工CO2低成本捕集、CO2驅(qū)油地質(zhì)封存技術(shù)等，為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)零碳發(fā)展提供技術(shù)支撐。未來(lái)煤化工產(chǎn)業(yè)應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化重大項(xiàng)目示范引領(lǐng)，統(tǒng)籌國(guó)家級(jí)試驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，鼓勵(lì)有能力的煤化工企業(yè)加大科技研發(fā)投入，加強(qiáng)與高校、科研院所的合作，加快突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)。

3.2 加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工與其他產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展

目前現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的碳排放量已經(jīng)大幅減少，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，化石能源在生產(chǎn)利用過(guò)程中排放CO2不可避免，僅依靠煤化工自身系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤炭低碳化利用不切實(shí)際。因此，應(yīng)將現(xiàn)代煤化工放在能源系統(tǒng)的大格局中統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)間的融合發(fā)展。

隨著可再生能源大規(guī)模發(fā)展，實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)與新能源耦合發(fā)展，將加快煤化工低碳化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。氫能是新能源與煤炭能源耦合發(fā)展的紐帶，通過(guò)水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生“綠電”，一部分以氫能形式儲(chǔ)能以確保電力穩(wěn)定性，多余部分將以電解水的形式產(chǎn)生氫氣和氧氣，可為煤化工工藝過(guò)程加氫，將原料煤中的C部分或者全部轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中，免去變化過(guò)程中由于調(diào)整碳?xì)浔壤坏貌划a(chǎn)生的CO2，氧氣可以進(jìn)一步降低煤化工工藝過(guò)程中空分裝置的規(guī)模，減少燃料煤消耗。

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代煤化工與石油化工聯(lián)動(dòng)，以現(xiàn)代煤化工彌補(bǔ)石油化工的短板。石油化工的短板是石腦油不足，造成烯烴和芳烴不足，直接影響下游精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，而現(xiàn)代煤化工中煤直接液化具有石腦油芳烴含量高、煤間接液化具有石腦油直鏈烷烴含量高的特點(diǎn)?，F(xiàn)代煤化工與石油化工各具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)形成相互補(bǔ)充、聯(lián)動(dòng)發(fā)展的合理結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)20多年的快速發(fā)展，取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大成果，已經(jīng)成為我國(guó)能源領(lǐng)域的重要組成部分，為我國(guó)能源安全和人民幸福生活做出了重要貢獻(xiàn)。隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，面對(duì)越來(lái)越多的碳約束要求，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的征程中必將面臨諸多挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題需要更加科學(xué)合理的統(tǒng)籌規(guī)劃。深入貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”五大發(fā)展理念，堅(jiān)持把科技創(chuàng)新作為戰(zhàn)略支撐，發(fā)揮現(xiàn)代煤化工差異化發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)高附加值產(chǎn)品的研發(fā)，開(kāi)展產(chǎn)品多元化生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)。打破各類能源行業(yè)的壁壘，牢牢把握氫能這個(gè)紐帶，促進(jìn)煤炭能源與新能源協(xié)同融合發(fā)展，形成跨領(lǐng)域的多能融合系統(tǒng)，推動(dòng)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)早日實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。