張振洲 ， 郭彥嘉 ， 侯翠紅

(鄭州大學(xué) 化工學(xué)院 ， 河南 鄭州 450001)

0 前言

在我國(guó)已探明的能源分布中煤炭占94.3%，而石油天然氣僅占5.7%，“富煤、貧油、少氣”是我國(guó)的基本國(guó)情[1]。河南省作為我國(guó)人口大省，擁有較為豐富的煤炭資源，截止2018年煤炭保有量為618億t，為河南省能源以及煤化工行業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。但隨著煤炭以及煤化工行業(yè)的發(fā)展，碳排放等一系列問(wèn)題也隨之引起重視。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)2013年碳排放量約92.5億t，占全球碳排放量的28.0%，到2020年碳排放量增加到98.99億t。隨著碳排放量的逐年增加，國(guó)家采取了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。2020年9月22日，國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上明確提出，中國(guó)將于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在此“雙碳”背景下，河南省煤化工企業(yè)的發(fā)展將受到一定影響。因此煤化工企業(yè)要做出一些戰(zhàn)略調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)“雙碳”背景下煤化工行業(yè)的高效、清潔、可持續(xù)健康發(fā)展。

1 河南省煤化工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

煤化工產(chǎn)業(yè)是以煤為原料，通過(guò)多種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，生產(chǎn)多種清潔料和基礎(chǔ)化工原料的煤炭加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)。河南煤化工起步較早，經(jīng)多年積累發(fā)展已成為地方經(jīng)濟(jì)的重要支柱。目前河南省煤化工項(xiàng)目主要包括：煤氣化、合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制烯烴等，其中合成氨、甲醇產(chǎn)量均位居全國(guó)前列[2]。20世紀(jì)末，河南的煤化工產(chǎn)業(yè)以初級(jí)產(chǎn)品甲醇為主，產(chǎn)品定位于低端。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，一系列以煤和甲醇為原料的煤化工產(chǎn)品如乙二醇、烯烴、1,4-丁二醇、二甲醚、醋酸、聚甲醛等相繼投入生產(chǎn)，構(gòu)成了河南現(xiàn)代煤化工的雛形，并涌現(xiàn)出如河南能源化工集團(tuán)、平煤神馬能源化工集團(tuán)、中源化學(xué)控股有限公司[3]。以河南能源化工集團(tuán)為例，作為世界500強(qiáng)公司，其2021年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收入1 100多億元，盈利30多億元。此外，以煤氣化為核心的煤制甲醇蛋白、改良CO2汽提尿素等技術(shù)以及配套設(shè)備均取得一定成果。因此，煤化工行業(yè)的高效、持續(xù)性發(fā)展對(duì)河南省具有重要的意義。

2 “雙碳”背景下河南煤化工行業(yè)存在問(wèn)題

隨著雙碳政策的提出，黨的十九大報(bào)告指出要構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，這將對(duì)我國(guó)的能源體系產(chǎn)生重要的影響。2015—2050年我國(guó)在2 ℃和1.5 ℃溫升情況下能量需求和CO2排放量趨勢(shì)如圖1所示。由圖1可知，一次能源消費(fèi)量在2030年后進(jìn)入峰值平臺(tái)期開(kāi)始下降，2050年煤炭占比下降到5%以下，非化石能源占比>85%。在1.5 ℃溫升的模式下，一次能源消費(fèi)2050年約50億tce，CO2排放量下降至14億t。因此，傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)在煤炭、能耗和碳排放指標(biāo)將更為稀缺。因此，以煤化工為主要驅(qū)動(dòng)力發(fā)展的河南省將面臨一些突出的問(wèn)題。

圖1 2015—2050年我國(guó)在2 ℃和1.5 ℃溫升情況下能量需求和CO2排放量趨勢(shì)

2.1 碳排放與環(huán)保問(wèn)題

邵桂蘭等[4]根據(jù)“經(jīng)濟(jì)-能源”投入產(chǎn)出模型以及碳排放系數(shù)估算出2018—2030年各省份的碳排放量，顯示河南省的碳排放需求量為90億t。然而圖1所示，至2050年時(shí)，全國(guó)的一次能源CO2排放量?jī)H為14億t，因此，河南省碳排放配額與煤化工行業(yè)的CO2排放之間將面臨重大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)“安全、綠色”目標(biāo)，河南省污染防治攻堅(jiān)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了《河南省2020年大氣防污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》，明確加大過(guò)剩和落后產(chǎn)能壓減力度，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的減排。此外，煤化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水難降解、色度和濁度高且廢水中污染物種類(lèi)多，處理起來(lái)十分復(fù)雜[5]。隨著國(guó)家環(huán)保政策的出臺(tái)，對(duì)環(huán)境保護(hù)力度逐漸加大，要求煤化工企業(yè)想辦法高效、有力地處理產(chǎn)生的廢水，以滿足國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)能過(guò)剩

河南省作為傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)大省，隨著大量煤化工產(chǎn)業(yè)的建成，甲醇與合成氨的產(chǎn)量迅速增加，產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，各企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全省合成氨產(chǎn)量644.3萬(wàn)t，居全國(guó)第二位，甲醇產(chǎn)量375.5萬(wàn)t，居全國(guó)第五位。隨著現(xiàn)代煤化工技術(shù)的成熟發(fā)展，河南省傳統(tǒng)煤化工行業(yè)顯現(xiàn)出一些突出問(wèn)題。盡管產(chǎn)能高，但產(chǎn)能利用率卻不足60%，且主要產(chǎn)品低端化、同質(zhì)化嚴(yán)重。因此，我省煤化工行業(yè)必須發(fā)揮產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，加快轉(zhuǎn)型發(fā)展，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條。

2.3 水資源問(wèn)題

水作為煤化工行業(yè)的重要資源，對(duì)水的需求也十分巨大。但河南省的人均水資源量?jī)H407 m3，不到全國(guó)平均水平的1/5。煤化工的發(fā)展與水資源的短缺矛盾十分明顯，據(jù)統(tǒng)計(jì)河南省煤化工項(xiàng)目年耗水量在0.3億～1億t。水資源短缺在一定程度上限制了煤化工行業(yè)的發(fā)展，根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃》，強(qiáng)調(diào)了煤炭與水資源統(tǒng)一調(diào)配，因此煤化工企業(yè)要做到“量水而行、示范先行、清潔高效轉(zhuǎn)化”[3]。

2.4 限煤和電力成本問(wèn)題

在限煤、減煤及“雙碳”大背景下，河南省煤炭消費(fèi)量及占比呈下降趨勢(shì)。從2016年開(kāi)始，河南省的煤礦開(kāi)采量和煤礦山數(shù)量呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。為了順應(yīng)低碳環(huán)保、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的歷史趨勢(shì)，河南省煤炭消費(fèi)占比能源總消費(fèi)從改革開(kāi)放初的92.3%下降至2018年的71.3%[6]。從長(zhǎng)期來(lái)看，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的占比會(huì)繼續(xù)下降。這對(duì)以煤為原料的煤化工及煤炭企業(yè)將造成不小的影響。另一方面，煤化工行業(yè)普遍高度依賴(lài)電能，但河南的電價(jià)卻一直較高。從成本上來(lái)講，僅煤和電占總成本的60%～70%。因此，考慮成本問(wèn)題，煤化工行業(yè)應(yīng)積極探尋可替代新能源。

3 “雙碳”背景下河南煤化工行業(yè)發(fā)展方向

為努力達(dá)到國(guó)家雙碳目標(biāo)，以及實(shí)現(xiàn)煤化工行業(yè)低碳、高效、健康、可持續(xù)發(fā)展，河南煤化工行業(yè)可以從以下幾個(gè)方面考慮。

3.1 聚焦技術(shù)創(chuàng)新減少碳排放

技術(shù)創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，煤化工行業(yè)可以通過(guò)創(chuàng)新工藝流程從源頭上降低碳排放強(qiáng)度，而工藝碳排放正是煤化工行業(yè)碳排放強(qiáng)度高的原因之一。從化學(xué)成分上看，煤炭中碳多氫少，而生產(chǎn)的產(chǎn)品乙烯、丙烯等碳少氫多，故必須補(bǔ)充大量的氫。目前，煤化工行業(yè)補(bǔ)充氫都是用CO與水反應(yīng)產(chǎn)生氫，這必然會(huì)生成大量的CO2。因此，可以通過(guò)以下兩條路徑來(lái)降低CO2的排放：①不采用CO和水反應(yīng)，從而避免產(chǎn)生CO2，比如考慮“綠電”水解制氫，這是一種近零碳排放的制氫方式。②降低產(chǎn)品的碳?xì)浔龋a(chǎn)含碳多、氧多、氫少的產(chǎn)品。

3.2 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型

為解決目前產(chǎn)品低端、單一的問(wèn)題，煤化工行業(yè)應(yīng)發(fā)揮本身的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，促使現(xiàn)有的初級(jí)產(chǎn)品向下游產(chǎn)品、精細(xì)化工產(chǎn)品、新型化工材料等方向延伸，生產(chǎn)高端化、特色化、高附加值化學(xué)品，積極從傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型。

3.3 與新能源聯(lián)用減少生產(chǎn)成本

電力作為煤化工重要的一環(huán)，考慮到其成本過(guò)高，且“十三五”時(shí)期我國(guó)新能源發(fā)展迅猛，2020年底，全國(guó)風(fēng)電與光伏累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)超過(guò)5億kW，居世界首位[7]。因此，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，新能源的成本大幅下降，新能源發(fā)電也為煤化工行業(yè)發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

3.4 加強(qiáng)CO2捕集利用實(shí)現(xiàn)科學(xué)綠色碳

雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也可以通過(guò)對(duì)CO2的捕集與利用來(lái)實(shí)現(xiàn)。二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)(CCUS)作為CO2減排的重要措施之一，有著很大的發(fā)展?jié)摿8]。逐步提高CCUS技術(shù)水平，使其成本下降，為低碳發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除了CO2捕集技術(shù)外，CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品也是一種減排途徑，比如CO2與氫氣合成甲烷、甲醇、烯烴等一些基礎(chǔ)化工原料。

4 結(jié)語(yǔ)

在“雙碳”背景下，河南煤化工企業(yè)要清楚地認(rèn)識(shí)到自身的不足與長(zhǎng)處，充分發(fā)揮自身煤化工基礎(chǔ)雄厚的優(yōu)勢(shì)，正視國(guó)家雙碳發(fā)展趨勢(shì)下煤化工行業(yè)面臨的各種問(wèn)題，從發(fā)展理念和技術(shù)整合等方面找到正確的發(fā)展方向，做到技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品多樣、產(chǎn)業(yè)鏈豐富，并最終實(shí)現(xiàn)煤化工行業(yè)低碳、高效、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展。