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“双碳”形势下煤化工产业发展的思考
2021年23期 发行日期:2021-12-03
作者:■ 中国煤炭加工利用协会 阮立军

现代煤化工产业目前遇到的问题


  1. 产品缺乏竞争力,企业效益整体不佳

  煤化工项目与石油化工项目相比,尚不具备规模化、基地化的优势,产品同质化现象比较明显,且同类产品单位产能投资明显高于炼化项目投资。尤其在目前国际原油价格低位徘徊的背景下,煤化工产品不具备成本优势,面临着普遍的经营困局。

  在国际油价难以大幅上涨的情况下,现代煤化工行业生产经营受到严重影响,投产项目除部分煤制烯烃外基本都处于亏损状态,面临减产减量的风险,已有部分企业开始停产检修。

  2. 工艺流程过长,投资与运行成本过高

  煤化工产品竞争力不足,表面上看是由于国际油价低迷,而国内煤价高企,但本质的问题是其工艺路线和技术特性决定的。一是先要将煤通过气化工艺生成一氧化碳和氢,其气化设备投资大、能耗高;二是由于煤中的碳氢比太低,要通过变换工艺增加氢,这不仅要增加投资和能耗,还要产生大量的二氧化碳;三是后续还要经过一系列复杂的化合反应,需要大投资的设备、高能耗、催化剂等。除此之外,其“三废”处理也成本高昂。这样相对于石化产品,现代煤化工项目整体投资过大,投资回报周期过长,运行成本过高,使得产品的竞争力不足。

  3. 生产工艺过程中碳排放大

  煤化工在生产中,需要对氢/碳原子比进行调整。因此,不论在传统煤化工和现代煤化工的生产过程中都会有大量的碳以二氧化碳的形式产生。

  尽管不同的产品方案和生产工艺生产单位产品所排放的二氧化碳量不尽相同,但是煤化工项目存在着单个排放源排放强度大的显著特征,并且单个排放源排放规模较大。

  “双碳”目标对现代煤化工产业提出极大挑战。不过煤化工产业碳排放具有浓度高、排放集中优势,这就使得工业生产过程中排放的二氧化碳能够得到富集,便于利用和产业化。

  4. 产品结构不尽合理,缺乏差异化和高端化

  国内采用费托合成技术生产煤制油品的产品类型一致,造成同质化产品供应量激增,加剧了同业竞争。煤制烯烃项目产品以中低端为主,双烯产品集中在少数一些通用料或中低端专用料牌号上,高端专用料牌号基本空白。煤制乙二醇产品结构单一,已建成的项目通常以乙二醇为绝对主产品,下游用于聚酯的高端应用比例不高。

  5. 产业布局过度集中于西北地区

  我国煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布,我国已建和在建煤化工项目主要集中在中西部煤炭资源丰富的地区,这对于减少项目煤炭物流成本、缓解运煤通道压力、拉动当地经济增长和转型升级等方面具有显著效果。

  但是这些地区普遍面临远离产品目标市场、水资源短缺、环境资源承载力不足、缺乏纳污水体等。同时,受地方政府煤炭就地转化政策的影响,同一区域内多个企业分别建设多个类似项目,同一企业在临近区域分别建设多个类似项目,难以发挥协同效应。

  随着煤炭运输通道的成熟,以及西部环保治理费用的提高,东西部建设煤化工项目的成本差别不断缩小。因此,未来可按照“靠近原料、靠近市场、进入园区”的原则,在消费市场中心按照调度灵活、就地消纳的模式布局规模适中的示范项目,进一步优化产业布局。

  6. “三废”及高盐废水处置费用高

  现代煤化工项目大多位于西部地区煤炭资源地,受资源环境安全约束加强影响,部分项目的用地指标、用水指标、环境容量指标和用能指标等代价高,影响了项目经济性预期。

  特别是这些地区水资源承载力有限,对煤化工项目的水资源利用和废水处理技术提出严格要求。高盐废水由于含有高浓度盐分和有机物,水质复杂、处理难度大,如何妥善地处置废水成为困扰煤化工企业的难题。

在“双碳”形势下可采取的举措和发展方向

  1. 存量企业持续推进系统优化,实现节能减排 

  我国现代煤化工多数工厂已具备安、稳、长、高的生产能力。“十四五”期间,应继续推动已建成的煤化工厂优化完善,实现满负荷条件下的连续、稳定、安全、清洁生产运行,降低生产成本,提高生产运行管理水平,积极改善生产经济性。

  提高能源利用效率是从源头减少二氧化碳排放的重要途径。现代煤化工企业要运用智能化、工业物联网技术和高级分析工具,深入分析、加大力度管控现代煤化工生产过程,进一步提高工厂运行效率,提升核心技术指标,提高目标产品收率,降低能耗、水耗和污染物排放。

  “双碳”目标必然会加速煤化工行业的技术升级,而通过先进的技术工艺,提高煤炭资源的利用率、降低产品的单耗不仅是实现“双碳”目标的要求,也是企业构筑竞争壁垒的基础。

  2. 大力发展CCUS技术,推动碳减排

  利用煤基能源化工过程中副产二氧化碳高浓度的优势,积极探索CCUS技术,超前部署高效CCS和CCUS技术的前沿性研发。积极扩展二氧化碳资源化利用途径与领域,将二氧化碳作为资源加以产业化利用,推动资源化利用二氧化碳生产高附加值化工产品。

  3. 与石油化工、可再生能源生产工艺融合

  重点研究煤转化、油煤气耦合制燃料和大宗化学品的新路线,推动煤化工和石油化工融合发展。利用现代煤化工基地优势的可再生能源,如太阳能资源、高温核能等制取的低碳氢耦合煤化工,部分替代煤制灰氢,以大幅减少二氧化碳排放。

  4. 利用可再生能源制取的绿氢

  煤化工的生产过程中如果不发生变换反应,煤气化后进入合成气只有少量二氧化碳在后续工序排放,大部分都通过合成反应进入产品。煤化工的碳排放大部分源自变换环节。现代煤化工项目大多布局西北,可利用西北地区富裕的绿电制氢,替代煤化工生产过程中的变换环节,减少工艺过程中的碳排放。

  5. 发展二氧化碳加工利用产品 

  充分利用煤化工高纯副产的二氧化碳作为化工原料,制备相关化工产品,在减少碳排放的同时,延长产业链,增加综合效益。目前已有多家研究机构开发出了多种二氧化碳产品,正在推进工业装置,未来可再生能源制氢与捕集的二氧化碳生产化工产品将是现代煤化工碳中和的重要手段,产业化后会颠覆当前C1化工的技术路线。 

  6. 二氧化碳驱油

  我国二氧化碳驱油潜力约3.7亿吨,能够实现减排二氧化碳的同时带来经济效益。目前该技术在国外已经发展较为成熟,国内也已开展工业试验,现阶段是建设示范项目和逐步推广的关键阶段。

  7. 森林碳汇 

  森林碳汇是最有效的二氧化碳固定途径之一,是指利用森林的储碳功能,通过植树造林、加强森林经营管理、减少毁林、保护和恢复森林植被等活动,吸收和固定大气中的二氧化碳。森林生态系统每年每公顷可固定二氧化碳20~40吨。我国西北地区目前建有较大规模现代煤化工项目,企业应从产品收入中拿出专项基金进行碳汇林建设。

  8. 园区碳中和

  包括化工园区在内的工业园区,在规划伊始就要科学统筹。在招商过程中,应该把碳中和作为标准,合理安排碳排放与碳利用的项目。各地在碳排放权分配时应考虑提高化工园区内先进装置排放额度,同时将排放企业进一步在化工园区集中。在CCUS技术经济可行性逐渐提高和二氧化碳可工业化利用的未来,可以使得碳排放集中吸收和消纳,实现园区内碳中和。


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