文／黃曉勇

●告別高碳排放，石油化工行業(yè)加快低碳、綠色發(fā)展步伐。

在“碳達(dá)峰、碳中和”的新發(fā)展格局下，用煤、用油指標(biāo)將受到限制，加之對(duì)碳排放的要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)煤化工、油化工產(chǎn)業(yè)所消耗的煤炭、石油總量將不會(huì)有太大的增長(zhǎng)，甚至?xí)霈F(xiàn)下降的情況。另外，我國(guó)煤化工、石油化工領(lǐng)域面臨著傳統(tǒng)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的風(fēng)險(xiǎn)與高端產(chǎn)品技術(shù)難以突破，處于量與質(zhì)難以拓展的兩難境地。

無論從國(guó)家戰(zhàn)略層面，還是企業(yè)自身發(fā)展層面來說，煤化工、石油化工低碳化發(fā)展將是必然的趨勢(shì)和要求。

發(fā)展碳捕捉及利用

能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)和IEA等數(shù)家機(jī)構(gòu)一致指出，化工屬于最難脫碳的行業(yè)之一，即如果不采用CCS，行業(yè)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)凈零排放，且最終擺脫不了成本升高的結(jié)局。

CCS是目前應(yīng)用極為廣泛的二氧化碳處理技術(shù)之一，操作簡(jiǎn)單且效果比較好。根據(jù)全球碳捕集與封存研究院的數(shù)據(jù)，截至2020年底，全世界有65個(gè)商業(yè)CCS設(shè)施，利用CCS技術(shù)捕集的二氧化碳總量每年約4000萬噸；中國(guó)共有18個(gè)捕集項(xiàng)目在運(yùn)行，二氧化碳捕集量約170萬噸。2021年1月21日，國(guó)內(nèi)最大規(guī)模15萬噸/年二氧化碳捕集和封存全流程示范工程在國(guó)華錦界電廠正式受電一次成功，全面進(jìn)入調(diào)試階段。

隨著我國(guó)提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，CCS迎來了良好的機(jī)遇。中國(guó)央行會(huì)同國(guó)家發(fā)改委、中國(guó)證監(jiān)會(huì)于2020年7月8日發(fā)布《綠色債券支持項(xiàng)目目錄（2020年版）》，CCS被首次納入其中，進(jìn)一步拓展了項(xiàng)目融資渠道。

目前，受成本影響，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署CCS仍有難度。在大多數(shù)轄區(qū)，捕獲、運(yùn)輸和封存二氧化碳的成本高于當(dāng)前定價(jià)。根據(jù)《巴黎協(xié)定》，為有效減少排放，2020年碳價(jià)應(yīng)定位在每噸二氧化碳40美元~80美元，到2030年這一定價(jià)則應(yīng)達(dá)到50美元~100美元。但目前的碳價(jià)僅為40美元/噸，商業(yè)激勵(lì)力度較弱，而且中國(guó)的碳市場(chǎng)還不完善。因此，可以充分利用煤化工、石油化工過程中副產(chǎn)高濃度二氧化碳的優(yōu)勢(shì)，在CCS的環(huán)節(jié)上積極探索二氧化碳利用途徑的前沿性研發(fā)，形成完整的工業(yè)生產(chǎn)鏈。包括工業(yè)方面，研究使用二氧化碳作為制備可降解有機(jī)塑料的物質(zhì)，制作成烴類、酯類、甲醇等化工產(chǎn)品提高產(chǎn)品的附加值；日常消費(fèi)方面，蔬菜、瓜果的保鮮貯藏可以使用二氧化碳來進(jìn)行，二氧化碳還可以制作碳酸飲料以及應(yīng)用到煙草工業(yè)中。

產(chǎn)業(yè)高端+工藝降碳

我國(guó)石油化工行業(yè)應(yīng)正視煤化工、石油化工高碳工業(yè)的工藝屬性，通過技術(shù)創(chuàng)新和引進(jìn)國(guó)際國(guó)內(nèi)的新工藝、新技術(shù)，突破源頭減排和節(jié)能提效的瓶頸，弱化煤化工、石油化工的高碳性。同時(shí)，生產(chǎn)煤化工產(chǎn)品應(yīng)以高附加值優(yōu)先。在相同二氧化碳排放的條件下，產(chǎn)品的附加值增加數(shù)倍，意味著萬元GDP產(chǎn)值的二氧化碳排放量減少數(shù)倍。這是減少碳排放強(qiáng)度的一條很重要的思路和出路。

煤化工方面。煤炭多聯(lián)產(chǎn)是貫徹低碳措施之一，可將高價(jià)值的組分分離出來實(shí)現(xiàn)高端利用，高品位的能源進(jìn)行梯級(jí)利用，高化學(xué)活性組分進(jìn)行分別利用，以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的最佳利用。例如，通過將煤中復(fù)雜大分子化合物定向裁剪、轉(zhuǎn)化，選擇性地拆斷分子共價(jià)鍵，可獲得大量的高價(jià)產(chǎn)品，如不同取代基、不同芳環(huán)芳烴、含側(cè)鏈的環(huán)烷烴、長(zhǎng)鏈脂肪酸及酯等精細(xì)化學(xué)品。

在煤氣化過程中，改造煤化工生產(chǎn)流程及生產(chǎn)工藝，降低碳排放量。一是可使用二氧化碳代替氮?dú)庾鳛閭鬏斀橘|(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢氣的二次利用，有效降低二氧化碳的排放量；二是煤化工廠可利用合成氣技術(shù)，煤與富含氫氣的氣體共同氣化可提高合成氣中的碳?xì)浔壤?，進(jìn)一步提升氫氣的利用率，控制能量損耗與二氧化的碳排放量；三是可以利用冗余的氫氣能源變廢為寶，控制二氧化碳的排放量。在制備甲醇時(shí)，氮?dú)獯罅糠e存在反應(yīng)器中會(huì)影響反應(yīng)器的效率。在合成過程中，需要釋放馳放氣維持動(dòng)態(tài)反應(yīng)平衡，而馳放氣的直接燃燒會(huì)造成大量的氫氣能源損耗。對(duì)此，可以利用膜分離技術(shù)回收氫氣實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，以降低能源損耗，減少碳排放量。

石油化工方面。加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，突破高端材料技術(shù)瓶頸，包括重油加工轉(zhuǎn)化技術(shù)、塑料循環(huán)利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)化工高端化發(fā)展，提升煉化一體化水平，多產(chǎn)低碳烯烴和化工原料，優(yōu)化烯烴產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

蠟油和渣油加氫裂化后可提升乙烯、丙烯和低碳芳烴的產(chǎn)率，減少二氧化碳的排放。又如，林德與殼牌正在開發(fā)乙烷氧化脫氫。與乙烷裂解相比，這是一種碳足跡更低的乙烯生產(chǎn)工藝。

●創(chuàng)新創(chuàng)效，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。攝影/蔣萬全

發(fā)展綠氫化工

針對(duì)煤炭、石油在化工利用過程富碳缺氫的特點(diǎn)，發(fā)展綠氫和煤化工、石油化工結(jié)合是很好的發(fā)展方向。通過可再生能源制氫技術(shù)耦合煤氣化工藝生產(chǎn)燃料和化學(xué)品，可實(shí)現(xiàn)煤化工過程的碳?xì)淦胶?，取消傳統(tǒng)煤化工直接碳排放的源頭——水煤氣變換工藝，大幅提高了煤炭利用過程的能效和碳效，并使碳排放顯著下降。經(jīng)濟(jì)性分析表明，可再生能源復(fù)合耦合煤氣化工系統(tǒng)將在未來可再生能源價(jià)格下降和碳稅征收的背景下具有顯著競(jìng)爭(zhēng)力。

例如，利用綠氫還原二氧化碳制甲醇可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳循環(huán)利用，同時(shí)解決二氧化碳的消納問題將是我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和非常重要一種的路徑。雖然利用氫氣還原二氧化碳制甲醇的價(jià)格大約為2500元/噸，比在煤炭資源較富裕的地區(qū)煤制甲醇價(jià)格高1000元/噸，但由于目前還沒有對(duì)相應(yīng)的煤化工企業(yè)進(jìn)行碳排放稅（匯）的限制，相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)過程中沒有對(duì)碳排放買單，這種價(jià)格差異將隨著國(guó)家碳排放權(quán)交易政策的推廣逐漸減小。

另外，利用綠氫制甲醇，氫氣的成本占65%以上，綠氫成本中電力占比很大。我國(guó)西部地區(qū)太陽能和風(fēng)電資源豐富，很適合發(fā)展綠氫化工。2020年我國(guó)對(duì)I類資源區(qū)的陸上風(fēng)電和集中式光伏電站上網(wǎng)指導(dǎo)價(jià)分別為0.29元/千瓦時(shí)和0.35元/千瓦時(shí)，進(jìn)入平價(jià)時(shí)代。如果可以利用我國(guó)西部地區(qū)的棄風(fēng)、棄光、棄水電能，制甲醇成本會(huì)繼續(xù)降低。