融合與延伸 ——“碳中和”下煤化工發(fā)展的“新路子”

發(fā)布日期：2021-11-09 作者：正能量點(diǎn)擊：

一塊塊烏黑發(fā)亮的煤，可以變成晶瑩剔透的雪白顆粒，或細(xì)膩均勻的白色粉末，也可化身清澈透明的液體……在中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)煤化工專委會(huì)秘書長(zhǎng)胡遷林看來，現(xiàn)階段，煤炭仍是我國(guó)能源安全的“壓艙石”。而現(xiàn)代煤化工可將煤炭轉(zhuǎn)化成為高值化油品和化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)化到終端利用全過程的最大限度清潔利用，是提高利用效率、增加產(chǎn)業(yè)附加值、實(shí)現(xiàn)高碳能源低碳化利用的重要推動(dòng)力。

一、 煤化工在“碳中和”歷程中不可或缺

與大多數(shù)國(guó)家不同，我國(guó)“碳中和”進(jìn)程還包括2030年前“碳達(dá)峰”，目的是保障發(fā)展中減碳，從而在現(xiàn)有和未來的能源結(jié)構(gòu)及技術(shù)體系之間實(shí)現(xiàn)柔性的可持續(xù)轉(zhuǎn)變。因此，煤炭和煤化工技術(shù)將在“雙碳”進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

世界銀行數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)二氧化碳排放將在2030年前達(dá)到峰值；目前煤炭消費(fèi)量已經(jīng)達(dá)峰，并在直線下降；石油消費(fèi)量將在2030年前后達(dá)峰，然后緩慢下降，但2040年的消費(fèi)量與2020年相當(dāng)；天然氣消費(fèi)量將有所增長(zhǎng)，2040年消費(fèi)量將是2020年的2倍左右，然后開始下降。至2060年，我國(guó)化石能源消費(fèi)比重將不高于20%，煤炭消費(fèi)比重約為2%左右。

雖然目前各個(gè)來源的能源消費(fèi)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)不盡相同，但2040年前后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)差別不大，即未來20年，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍將是“富煤、缺油、少氣”，這正是我國(guó)過去發(fā)展煤化工技術(shù)的前提。因此，我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家能源安全對(duì)煤化工技術(shù)的需求在未來20年仍然存在，煤化工領(lǐng)域的節(jié)能減排將對(duì)二氧化碳減排做出重要貢獻(xiàn)。

新型煤化工技術(shù)全球矚目

本世紀(jì)以來，我國(guó)新型煤化工技術(shù)的發(fā)展全球矚目。2000~2010年間實(shí)現(xiàn)了零到一的突破，煤直接和間接液化制油和化學(xué)品、煤經(jīng)甲醇制烯烴等世界一流技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。這些技術(shù)經(jīng)過2010~2020年的發(fā)展，具備了替代5%進(jìn)口石油的能力，預(yù)計(jì)未來10年左右將具備替代10%進(jìn)口石油的能力。

煤化工不僅為國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，而且推動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展、提升了現(xiàn)代工廠的管理能力、培養(yǎng)了大批高水平工程技術(shù)人員和科研工作者，并提升了綜合國(guó)力。在“碳中和”歷程中，大力發(fā)展風(fēng)電、光伏、水能等可再生能源是必然趨勢(shì)，但這些能源的間歇性和不穩(wěn)定性難以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。在核能規(guī)模受資源約束、儲(chǔ)能技術(shù)尚未完善、成本和規(guī)模不足的情況下，化石能源需要承擔(dān)托底的重任，包括煤的高效清潔利用。

【（此段言論引自劉科院士：）風(fēng)能和太陽(yáng)能比火電都便宜了，因此太陽(yáng)能和風(fēng)能完全可以取代火電實(shí)現(xiàn)碳中和？這句話只對(duì)了1/5到1/6。因?yàn)橐荒暧?760小時(shí)，而中國(guó)的太陽(yáng)能每年發(fā)電小時(shí)數(shù)因地而異，在1300小時(shí)到2000小時(shí)之間不等，很少有超過2000小時(shí)的區(qū)域，平均在1700小時(shí)左右；也就是說太陽(yáng)能大約在1/5–1/6的時(shí)間段比火電便宜；而在其他4/5-5/6的時(shí)間段，如果要儲(chǔ)電，其成本會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火電。風(fēng)能每年發(fā)電的時(shí)間比太陽(yáng)能略微長(zhǎng)一點(diǎn)，是2000小時(shí)左右，但電是需要24小時(shí)供的，不能說一個(gè)電廠一年只供一兩千小時(shí)，因?yàn)槲覀冇秒姴荒苷f有太陽(yáng)有風(fēng)的時(shí)候用電，沒太陽(yáng)、沒風(fēng)的時(shí)候就停電。太陽(yáng)能和風(fēng)能是便宜了，但最大的問題是非穩(wěn)定供電。

不可否認(rèn)，中國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)展了將近四十年，取得非常大的成績(jī)，我們給這個(gè)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家們以崇高的致敬。但直到今天，風(fēng)能、太陽(yáng)能與煤電相比仍然是杯水車薪。以2019年為例，全國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能加起來發(fā)電總量相當(dāng)于1.92億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)電量，而中國(guó)年發(fā)電耗煤大約是22億噸煤，相當(dāng)于18-19億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，也就是說，風(fēng)能和太陽(yáng)能只能占煤電的10%左右。

而且，電網(wǎng)靠電池儲(chǔ)電的概念是非常危險(xiǎn)的。據(jù)估算，目前全世界5年的電池產(chǎn)能僅能滿足東京全市停電3天的電能。如果說我們有4/5的時(shí)間或者5/6的時(shí)間要靠電池儲(chǔ)電，這是不可想象的。況且，這個(gè)世界也沒有那么多的鈷和鋰，沒法讓我們?cè)炷敲炊嗟碾姵亍Ｔ谶@種情況下，棄光棄風(fēng)的問題非常嚴(yán)重，因?yàn)殡娋W(wǎng)只能容納15%的非穩(wěn)定電源。風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)出來的電，電網(wǎng)沒法全部承受。如果繼續(xù)增加風(fēng)能、太陽(yáng)能，同時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能問題解決不了，只能廢棄更多。

棄光棄風(fēng)在中國(guó)有兩方面的原因，一是技術(shù)因素，就是因?yàn)樘?yáng)能、風(fēng)能是沒辦法預(yù)測(cè)的，電網(wǎng)小于15%可以容納，多于15%容納不了，這是一個(gè)很大的技術(shù)難題，到現(xiàn)在還不好解決；二是機(jī)制因素，地方保護(hù)主義的存在可能會(huì)讓地方出于各種原因不用風(fēng)電、光電、水電。機(jī)制問題在中央大力推動(dòng)“碳中和”的背景下是可以解決的，但技術(shù)問題，不容易解決。

因此，太陽(yáng)能和風(fēng)能需要大力發(fā)展，但在儲(chǔ)電成本仍然很高的當(dāng)前，在可見的未來仍然無法全部取代化石能源發(fā)電。】

但從更長(zhǎng)遠(yuǎn)看，比如2040年后，可再生能源技術(shù)水平顯著提高，利用規(guī)模大大增加，全球大部分國(guó)家接近“碳中和”，石油和天然氣利用份額將顯著降低，國(guó)際石油和天然氣貿(mào)易規(guī)模將大減，進(jìn)口油氣將不再成為我國(guó)的能源安全問題，由煤制取燃料的需求將會(huì)顯著減小甚至消失。然而，煤炭作為低成本的天然芳烴資源將繼續(xù)在化學(xué)品和材料生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，特別是與綠電和綠氫耦合的零碳高效化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)。

能源約束的社會(huì)要求將碳原料吃干榨凈，而“碳中和”約束的社會(huì)要避免富碳產(chǎn)物的燃料利用，將提取油氣后的煤焦和生物焦等作為固碳物質(zhì)貯存，或用于生產(chǎn)化學(xué)品和環(huán)保材料，這將更加符合“碳中和”要求。可以確信，煤化工是我國(guó)“碳中和”歷程中不可或缺的板塊，其技術(shù)進(jìn)步及科學(xué)進(jìn)展仍將在未來20年發(fā)揮重要作用，并將無縫轉(zhuǎn)移到天然氣化工、生物質(zhì)化工、有機(jī)廢棄物利用等領(lǐng)域，同時(shí)延伸至水泥、冶金等領(lǐng)域，因此煤化工對(duì)“碳中和”的貢獻(xiàn)并不局限于煤炭的范疇。

二、 “綠色”“低碳”“多元”……

“現(xiàn)代煤化工是推進(jìn)煤炭清潔化利用和保障能源安全的重要途徑之一，是可以掌握在自己手中的必然選擇。”中國(guó)工程院院士謝克昌進(jìn)一步分析稱，我國(guó)以化石能源為主體的基本國(guó)情和發(fā)展中大國(guó)的所處階段，決定著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源需求仍未脫鉤。

在新要求下，煤化工企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展？

“煤炭是我國(guó)主體能源，但也必須與其他能源品種協(xié)同共濟(jì)。”謝克昌院士表示，現(xiàn)代煤化工作為能源產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，應(yīng)放在“能源體系框架”之下謀劃發(fā)展，兼顧清潔性、低碳性、安全性、高效性與經(jīng)濟(jì)性。還應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工與清潔能源互補(bǔ)融合，建設(shè)低碳煤基綜合能源產(chǎn)業(yè)基地，充分利用現(xiàn)代煤化工過程中副產(chǎn)品高濃度二氧化碳的優(yōu)勢(shì)，超前部署、拓展二氧化碳資源化利用途徑。此外，企業(yè)還可主動(dòng)融入全國(guó)碳市場(chǎng)，通過碳交易機(jī)制降低減碳成本，通過碳管理機(jī)制完善現(xiàn)代煤化工碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)碳排放精細(xì)化管理。【來源：人民政協(xié)報(bào)】

碳中和的幾個(gè)現(xiàn)實(shí)路徑

【節(jié)選自深圳創(chuàng)新發(fā)展研究院、博研商學(xué)院、深圳企聯(lián)等共同主辦的“科技創(chuàng)新院士報(bào)告廳”第四期內(nèi)容：劉科院士】

第一是通過現(xiàn)有煤化工與可再生能源結(jié)合實(shí)現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)。一方面可以讓現(xiàn)有的煤化工實(shí)現(xiàn)凈零碳排放，另一方面是通過太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能電解水制備綠氫和氧氣，合成氣不經(jīng)水汽變換，大大降低煤制甲醇的二氧化碳排放。

第二是利用煤炭領(lǐng)域的碳中和技術(shù)——微礦分離技術(shù)。在煤燃燒前，把可燃物及含污染物的礦物質(zhì)分離開，制備低成本類液體燃料+土壤改良劑，源頭解決煤污染、濫用化肥及土壤生態(tài)問題，同時(shí)低成本生產(chǎn)甲醇、氫氣等高附加值化學(xué)品。

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的煤炭使用方式燃燒二氧化碳排放產(chǎn)生的灰渣有10%的碳，不光是浪費(fèi)能源而且現(xiàn)在變成了固廢，整個(gè)內(nèi)蒙古的電廠粉煤灰成災(zāi)。通過分離之后，該做燃料就做燃料，該做土壤做土壤，分流以后，這邊釋放二氧化碳，更多的森林長(zhǎng)起來把二氧化碳吸回來，這樣做了完全可以達(dá)到碳中和。（見下圖）

當(dāng)清潔固體燃料CSF產(chǎn)量達(dá)到25萬噸時(shí)，我們每年碳排放大約69.5萬噸，根據(jù)治理的面積大約可以吸回來20.8萬噸，在施用土壤礦物改良劑SRA條件下，可以吸回來48.7萬噸、61.9萬噸，甚至74.9萬噸。（見下表）

第三，利用可再生能源制甲醇，然后做分布式的發(fā)電。可以使用甲醇?xì)淠芊植际侥茉刺娲磺惺褂貌裼蜋C(jī)的場(chǎng)景，和光伏、風(fēng)能等不穩(wěn)定可再生能源多能互補(bǔ)。

三、新能源與現(xiàn)代煤化工深度融合

正能集團(tuán)是國(guó)內(nèi)低階煤分質(zhì)分級(jí)利用領(lǐng)域高新技術(shù)企業(yè)，是蘭炭領(lǐng)域品牌化創(chuàng)新的一面旗幟。“十二五”和“十三五”期間，正能集團(tuán)圍繞國(guó)家能源戰(zhàn)略規(guī)劃和低階煤分質(zhì)分級(jí)清潔高效利用的戰(zhàn)略要求，打造中國(guó)低階煤分質(zhì)分級(jí)清潔高效利用標(biāo)桿企業(yè)，形成了以低階煤分質(zhì)利用的正能特色蘭炭產(chǎn)品為主軸，煤氣發(fā)電的資源化利用和特色煤焦油深加工為兩翼，集硅鐵、鎂合金等園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈互補(bǔ)互供的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)。

進(jìn)入“十四五”，服務(wù)國(guó)家新型能源戰(zhàn)略、貫徹“新發(fā)展理念”，正能集團(tuán)將深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記講話精神，實(shí)現(xiàn)“碳中和”“碳達(dá)峰”戰(zhàn)略目標(biāo)，2021年正能集團(tuán)開啟打造分布式新能源和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化與低階煤分質(zhì)分級(jí)利用產(chǎn)業(yè)鏈深度融合的新模式，圍繞新模式，將開展建設(shè)以下項(xiàng)目：180萬噸/年提質(zhì)煤技改升級(jí)工程項(xiàng)目、3.6億立方荒煤氣提氫裝置項(xiàng)目、2*25MW解析氣余熱綜合利用發(fā)電項(xiàng)目、2座加氫站建設(shè)項(xiàng)目。同時(shí)一體化打造500MW太陽(yáng)能發(fā)電、200MW風(fēng)力發(fā)電、電解水制氫項(xiàng)目、電解水制取氫氣與煤化工尾氣中CO2耦合制取甲醇的儲(chǔ)能項(xiàng)目等，以風(fēng)光綠電，綠氫，灰氫，新能源與煤化工融合，實(shí)現(xiàn)煤化工高碳產(chǎn)業(yè)低碳排放。

在新時(shí)期正能集團(tuán)要圍繞國(guó)家新型能源戰(zhàn)略，加快企業(yè)創(chuàng)新體系的培育和建設(shè)、加快集團(tuán)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新建設(shè)，建設(shè)具有差異化和競(jìng)爭(zhēng)力的正能特色之路，力爭(zhēng)將正能集團(tuán)升級(jí)打造成為內(nèi)蒙古自治區(qū)新能源與現(xiàn)代煤化工深度融合的產(chǎn)業(yè)新典范和國(guó)內(nèi)低階煤分質(zhì)分級(jí)利用新一代標(biāo)桿企業(yè)！