劉丙敏 李旬強 宋培健

山東聊城 252211

隨著“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出，在國家政策的引導下，我國對煤炭資源的清潔高效利用提出了更高的要求。我國煤炭資源利用正向綠色低碳發(fā)展方向，深入貫徹并落實碳達峰、碳中和的任務，逐步推進煤化工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

1 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略意義

現(xiàn)代煤化工主要以煤為原料，通過化學工藝與設備將煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體等煤化產(chǎn)品和清潔燃料，主要煤轉(zhuǎn)化工藝與煤化產(chǎn)品如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)代煤化工煤轉(zhuǎn)化工藝及產(chǎn)品路線

我國地域廣闊煤炭資源豐富，但石油、天然氣儲量占比較低，加上經(jīng)濟發(fā)展對能源需求不斷增長，長期以來煤炭資源在能源結構中占據(jù)著主導地位，也是碳排放的主要來源。數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國煤炭產(chǎn)量為41.3 億t，同比增長5.7%，同時煤炭資源的消耗同比上升4.6%，在能源結構中煤炭資源消耗接近60%[1]。目前我國是世界上最大的發(fā)展中國家，能源消耗也占據(jù)了世界第一的位置，大力推進現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對于節(jié)能降耗意義重大。

其次，“雙碳”目標的提出對我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。按照“十四五”規(guī)劃要求，我國經(jīng)濟建設將“以降碳為重點戰(zhàn)略方向，減污降碳協(xié)同增效”，以煤炭資源為主的能源結構無法滿足碳減排的戰(zhàn)略要求。因此，推進現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速能源結構轉(zhuǎn)型已經(jīng)刻不容緩[2]。

2 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展困境

2.1 關鍵技術創(chuàng)新能力不足

我國現(xiàn)代煤化工已歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，煤液化、煤氣化領域已經(jīng)形成較為完備的體系。但隨著資源需求量的增長，以及碳減排要求的提高，煤化工產(chǎn)業(yè)在煤炭資源利用與能源轉(zhuǎn)化效率上還有很大提升空間[3]。根據(jù)我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，預計2025 年我國碳排放總量將達到2.5 億t，到2030 年將達到82.4 億t。

目前我國煤化工產(chǎn)業(yè)中存在煤化工產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、同質(zhì)化嚴重的問題，同行間的競爭激烈。以煤制烯烴項目為例，近幾年各地都在投資興建，比如山西焦煤集團興建年產(chǎn)60 萬t 烯烴及焦爐煤氣制甲醇一體化項目、新疆山能化工投資198 億建設年產(chǎn)80 萬t 煤制烯烴項目。建設過于集中會迅速拉高烯烴產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能，國內(nèi)供應格局將被改變，有導致產(chǎn)能過剩的風險。另外，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)下游產(chǎn)品研發(fā)力度不足，缺乏核心技術的支撐。雖然下游產(chǎn)品種類較多，但大都屬于低端產(chǎn)品。缺乏高端產(chǎn)品、精細化產(chǎn)品的支撐，導致我國煤化工產(chǎn)業(yè)在國際上缺乏競爭優(yōu)勢。

2.2 碳減排需求的提高

當前國家對于生態(tài)環(huán)境保護的要求不斷在提高，“雙碳”戰(zhàn)略的提出使得現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到限制，高能耗、高排放項目逐步被市場淘汰[4]。2019 年我國煤化工產(chǎn)業(yè)消耗1.09 億t 煤和3.71 億t 淡水資源，分別占全國煤炭資源和淡水資源消耗量的2.7%和0.6%；煤化工生產(chǎn)產(chǎn)生的CO2達到了1.32 億t，占全國CO2排放總量的1.4%，碳減排形式相當嚴峻。

（1）節(jié)能降碳：雖然現(xiàn)代煤化工相對于傳統(tǒng)煤化工在能源消耗、碳排放方面都有了很大進步，但從整體看煤化工產(chǎn)業(yè)依然是高消耗、高碳排產(chǎn)業(yè)，距離“雙碳”戰(zhàn)略目標的要求差距還很大。

（2）環(huán)境壓力：目前我國許多大型煤化工企業(yè)主要集中在新疆、內(nèi)蒙、寧夏、陜西、山西等地，這些地區(qū)煤炭資源豐富比較適合發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，但同時這些地區(qū)又是我國重要的生態(tài)保護區(qū)域，兩者在戰(zhàn)略布局上高度重合，因此對于煤化工產(chǎn)業(yè)的環(huán)保要求也更高。

3 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展路徑

富煤貧油少氣奠定了我國以煤炭資源為主的能源結構體系，目前還沒有新能源可以替代煤炭資源占據(jù)主導地位，在未來很長的一段時間內(nèi)煤炭資源依然是我國能源結構的主體。通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)煤炭資源的清潔高效利用，是未來煤化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑[5]。

3.1 加快產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國煤氣化技術已經(jīng)初具規(guī)模，資源利用水平不斷提高。以甲醇生產(chǎn)原料為例，一直以來煤制甲醇的原料主要包括三類煤炭、天然氣和焦爐氣。近些年我國煤氣化技術逐步成熟，煤制甲醇工藝生產(chǎn)線越來越多，生產(chǎn)裝置逐步改進，工藝日趨完善，能源消耗與污染物排放都呈現(xiàn)快速下降趨勢，目前我國煤制甲醇生產(chǎn)水平已經(jīng)位居世界前列。雖然獲得了飛速發(fā)展，但規(guī)?；⒋笮突?、集約化不足，產(chǎn)業(yè)結構還需要進一步調(diào)整，

3.2 加強關鍵核心技術攻關

習近平總書記在考察榆林化工集團時提出“要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展”。按照這一要求，我國煤化工產(chǎn)業(yè)應立足國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，同時還要考慮民生需求，通過科學創(chuàng)新在煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等關鍵核心技術上進行攻關。

2021 年我國某軍事研究單位在煤基油品領域?qū)崿F(xiàn)技術突破，地面裝備煤基通用柴油正式進入軍事領域，擺脫地面裝備油料依賴原油進口的現(xiàn)狀。并且油質(zhì)清潔環(huán)保，通用性、適應性優(yōu)良，能夠滿足地面裝備在- 60～55℃環(huán)境中全地域通用要求，保障了我國軍用能源的戰(zhàn)略安全。

我國在煤基生物可降解材料等技術及產(chǎn)業(yè)方面也有了很大突破。自國家生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關于進一步加強塑料污染治理的意見》之后，我國塑料行業(yè)乃至煤制烯烴產(chǎn)業(yè)都受到了嚴重的沖擊，生物可降解材料成為破局的關鍵[6]。聚乙醇酸（PGA）是一種完全可生物降解塑料，現(xiàn)代煤化工技術能夠很好地適應PGA 的生產(chǎn)需求，成為通用的塑料的替代品。2021 年3 月，國家能源集團松林能源化工5萬t/ a PGA 項目開始投建，成為全球首套PGA 裝置；同年7 月，中國石化貴州50 萬t/ a PGA 生產(chǎn)項目一期工程進入建設階段，噸產(chǎn)品投資與煤制烯烴相當，但原料煤的消耗降低了一半，碳排放僅為煤制烯烴的1/ 3，經(jīng)濟效益、生態(tài)效益顯著。

3.3 推動產(chǎn)業(yè)深度清潔化發(fā)展

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展必須遵循環(huán)境友好型路線，以綠色低碳為發(fā)展方向，在煤化工生產(chǎn)中全流程節(jié)能降耗、減少碳排放[7]。

（1）解決現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中高鹽廢水問題。高鹽廢水主要來自于煤化工生產(chǎn)過程中的原料和添加的各種化學藥劑，目前常用的技術是超濾+ 反滲透雙膜回用技術，再通過蒸發(fā)結晶對末端高鹽廢水進行處理獲得固態(tài)混合鹽，基本實現(xiàn)工業(yè)廢水零排放，但是對于混合鹽的處理仍然是煤化工產(chǎn)業(yè)的一個難題。德蘭梅勒公司在高鹽廢水分離方面一直處于領先地位，在分離硫酸鈉- 氯化鈉混鹽中采用了納濾膜與冷卻結晶的方法，取得了良好的效果。工藝流程為：將混合鹽溶液使用納濾膜進行分離，將獲得的硫酸鈉鹽液置于MVR 蒸發(fā)器中于80℃下高溫蒸發(fā)，可獲得高純度的無水硫酸鈉；將經(jīng)過納濾膜過濾后的母液進行冷卻結晶，再置于MVR 蒸發(fā)器于50～55℃下低溫蒸發(fā)，可以獲得高純度氯化鈉。該技術尚處于示范階段，還有待進一步完善才能大規(guī)模推廣。

（2）有效降低現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)的碳排放?，F(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)中的碳排放主要來自于生產(chǎn)過程中的能源消耗和工藝排放兩個方面。首先是降低煤化工生產(chǎn)過程中的能源消耗，提高煤炭資源的有效利用率及資源的轉(zhuǎn)化率，從而加快綠色能源的推廣與利用；其次，做好CO2的回收與利用，目前常用的CO2回收技術是碳捕捉與存儲（CCS）[8]?；厥蘸蟮腃O2可以用來發(fā)電、制作干冰等，超臨界發(fā)電技術就是一種以CO2為工質(zhì)和載體替代超臨界水發(fā)電系統(tǒng)，該技術更加穩(wěn)定、節(jié)能。另外，干冰的用途也非常廣泛，被應用于清潔、制冷、降雨等領域。

4 結語

我國現(xiàn)代煤化工正處于快速上升期，雖然取得了一定的成績，但依然存在高耗能、高碳排的問題，技術進步空間大。在“雙碳”戰(zhàn)略目標下，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)必須走一條綠色低碳高質(zhì)量的發(fā)展之路，充分考慮國家能源戰(zhàn)略與民生經(jīng)濟的需求，明確發(fā)展方向與定位，通過科學創(chuàng)新在技術上尋求突破。因此，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)應重點做好產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、加強關鍵核心技術的攻關、推動現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)深度清潔化發(fā)展。