張玉鴻
(中國石化長城能源化工有限公司,北京 100020)
當(dāng)前,為應(yīng)對(duì)能源安全和氣候問題,節(jié)能減排已經(jīng)成為全球共識(shí),世界各國陸續(xù)提出“碳中和”目標(biāo)。研究表明,我國已成為全球溫室氣體排放量最大的國家,2020年碳排放總量達(dá)到98.99億噸,占全球碳排放總量的30.7%,遠(yuǎn)超其他地區(qū)[1]。為遏制全球暖化趨勢,必須大幅減少碳排放,逐步實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年9月22日,國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上向國際社會(huì)作出“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的莊嚴(yán)承諾。此后,習(xí)近平總書記在不同場合多次進(jìn)行了深入闡述,國家層面也密集出臺(tái)相關(guān)政策文件積極推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和。現(xiàn)代煤化工作為我國近年來為保證國家能源安全、實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的新興行業(yè),具有高耗能高碳排的特點(diǎn),其實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和對(duì)我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大[2]。
煤化工是指以煤為原料,經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它與能源、化工技術(shù)結(jié)合,可形成煤炭—能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。該文以已經(jīng)投產(chǎn)的煤制甲醇和煤制烯烴等國家示范項(xiàng)目建設(shè)的三家典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)碳排放現(xiàn)狀為例進(jìn)行分析探討。
典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)的高碳排特點(diǎn)從圖1和圖2可以看出。圖1中,2020年三家企業(yè)碳排放總量達(dá)到2 624萬噸二氧化碳當(dāng)量。按照國家碳排放權(quán)交易管理辦法的規(guī)定,年度溫室氣體排放量達(dá)到2.6萬噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放單位列入溫室氣體重點(diǎn)排放單位[3],三家企業(yè)分別達(dá)到重點(diǎn)排放單位基準(zhǔn)值的274倍、467倍和268倍。圖2中,2020年三家企業(yè)綜合碳排放強(qiáng)度為14.54噸/萬元。根據(jù)中國碳排放數(shù)據(jù)庫(CEADs)2018年數(shù)據(jù),全國碳排放強(qiáng)度為1.152噸/萬元,三家企業(yè)綜合碳排放強(qiáng)度為其13倍。
圖1 典型煤化工企業(yè)2020年碳排放總量
圖2 典型煤化工企業(yè)2020年碳排放強(qiáng)度
遵循國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-14064,對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中可能排放的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFC)、全氟化碳(PFC)和六氟化硫(SF6)6種溫室氣體進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示檢測到除PFC外的5種溫室氣體。如表1所示,某現(xiàn)代煤化工企業(yè)2020年712.6 053萬噸碳排放中,直接排放的固定排放源占64.67%,制程排放源占35.31%,二者產(chǎn)生的碳排放占碳排放總量的99.98%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,其它現(xiàn)代煤化工企業(yè)也有類似特點(diǎn)。
表1 某現(xiàn)代煤化工企業(yè)2020年碳排放情況統(tǒng)計(jì)表
我國“雙碳”目標(biāo)比《巴黎協(xié)定》2 ℃溫升控制目標(biāo)下全球2065—2070年左右實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)提前。同時(shí),西方發(fā)達(dá)國家工業(yè)化進(jìn)程長達(dá)200年,中國只有60年左右;西方國家用200年實(shí)現(xiàn)的碳達(dá)峰,我國2030年就要實(shí)現(xiàn)。另外,從碳達(dá)峰到碳中和,美國從2007年到2050年間隔43年,歐盟間隔71年,而中國只有30年。因此,無論達(dá)峰還是中和,時(shí)間都非常緊迫。
為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和,國家層面高度重視,密集發(fā)文制定時(shí)間表、路線圖和實(shí)施方案,明確了主要的階段性目標(biāo)[4-8]。到2025年,綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系初步形成,重點(diǎn)行業(yè)能源利用效率大幅提升。單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2020年下降13.5%;單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020年下降18%;非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右。到2030年,經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型取得顯著成效,重點(diǎn)耗能行業(yè)能源利用效率達(dá)到國際先進(jìn)水平,二氧化碳排放量達(dá)到峰值并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)中有降。單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗大幅下降;單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上;非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右,風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上。到2060年,綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立,能源利用效率達(dá)到國際先進(jìn)水平,非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到80%以上,碳中和目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。
2.2.1 關(guān)鍵碳減排技術(shù)儲(chǔ)備不足
研究表明,為確保我國2060年實(shí)現(xiàn)碳中和,2030年前應(yīng)實(shí)現(xiàn)能源活動(dòng)二氧化碳排放達(dá)峰且峰值水平控制在105億噸以內(nèi);2060年能源活動(dòng)二氧化碳排放量控制在5億噸以內(nèi),非二氧化碳溫室氣體和工業(yè)過程排放控制在10億噸左右,碳匯和碳移除等技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)排放15億噸左右。然而,目前先進(jìn)節(jié)能降碳技術(shù)還不能滿足“雙碳”目標(biāo)的需要。2025—2035年,碳排放強(qiáng)度的大幅下降亟需低碳、零碳技術(shù)支撐,2035年后實(shí)現(xiàn)深度減碳,更需要低碳、零碳及負(fù)碳新技術(shù)儲(chǔ)備。近年來,盡管在光伏、地?zé)?、二氧化碳回收利用及二氧化碳?qū)油等方面取得了一定進(jìn)展,但低碳技術(shù)尚不足以支撐實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),亟需開展關(guān)鍵低碳核心技術(shù)研發(fā)攻關(guān)和推廣應(yīng)用。
2.2.2 現(xiàn)代煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和難度較大
從典型煤化工企業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可知,其碳排放主體一是固定排放源,如燃煤鍋爐直接燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放。二是制程排放源,如煤制甲醇過程中的煤氣化和變換反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳排放[2]。煤化工企業(yè)碳排放總量大、強(qiáng)度高,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)碳?xì)浔雀叩拇姿岬犬a(chǎn)品,雖然可以一定程度降低排放強(qiáng)度,但排放總量仍然很大。盡管煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和難度較大,但節(jié)能降碳的方向很明確:一是減少固定排放源產(chǎn)生的排放,如綠色能源替代;二是減少制程排放產(chǎn)生的碳排放,如通過流程再造,采用綠色生產(chǎn)工藝。煤化工企業(yè)如果2020年固定排放和制程排放能減少80%,則碳排放總量將下降到126萬噸,這就是煤化工企業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的方向。
2.2.3 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不能滿足“雙碳”目標(biāo)的需要
新建項(xiàng)目需要嚴(yán)格控制能耗總量和碳排放總量,前期設(shè)計(jì)階段要將先進(jìn)成熟節(jié)能降碳技術(shù)推廣應(yīng)用到位、節(jié)能降碳措施落實(shí)到位,但目前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還無法滿足這一要求。同時(shí),碳足跡核算也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,不同機(jī)構(gòu)核算出的結(jié)果存在較大差異。如某企業(yè)委托第三方機(jī)構(gòu)核算出某年度聚乙烯、聚丙烯碳足跡為10.6 tCO2e/t和10.2 tCO2e/t,而在另一機(jī)構(gòu)核算出該年度聚乙烯、聚丙烯碳足跡為5.1 tCO2e/t和2.9 tCO2e/t。
2.2.4 現(xiàn)代煤化工企業(yè)自身碳資產(chǎn)管理基礎(chǔ)還比較薄弱
煤化工企業(yè)自身的碳資產(chǎn)管理體系,如組織機(jī)構(gòu)、制度建設(shè)、管理標(biāo)準(zhǔn)、人員配備、專業(yè)人才隊(duì)伍培養(yǎng)等方面,同實(shí)現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的需要還存在較大差距。另一方面,企業(yè)缺乏具備足夠碳(交易)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才,如何管理好碳資產(chǎn),通過碳交易實(shí)現(xiàn)降本減費(fèi)是一個(gè)全新的課題。
根據(jù)節(jié)能降碳管理經(jīng)驗(yàn),結(jié)合國家碳達(dá)峰碳中和的要求,總結(jié)出了煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基本途徑。基本思路是以國家碳達(dá)峰碳中和為契機(jī),以碳排放管控為抓手,提升規(guī)劃發(fā)展和生產(chǎn)管理水平,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),降低物耗能耗,應(yīng)用碳捕集、碳利用與封存技術(shù)等。主要從三個(gè)方面入手:一是前端控制,在項(xiàng)目前期論證設(shè)計(jì)階段確保低碳;二是中端減排,在生產(chǎn)過程中采取各種技術(shù)和管理措施減少碳排放;三是末端治理,對(duì)碳排放進(jìn)行處置。
建設(shè)項(xiàng)目前端控制很關(guān)鍵。某煤化工項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段通過采用以汽定電原則配備鍋爐、汽驅(qū)改電驅(qū)、優(yōu)化汽化爐產(chǎn)能等措施優(yōu)化后,年碳排放總量下降100萬噸以上。相比建設(shè)100萬噸/年CCUS項(xiàng)目的投入,性價(jià)比很高。
3.1.1 加強(qiáng)項(xiàng)目源頭管控
嚴(yán)格新建投資項(xiàng)目能耗總量和強(qiáng)度指標(biāo)審核,項(xiàng)目能效水平滿足政府“雙控”管理要求的同時(shí),要達(dá)到行業(yè)乃至世界先進(jìn)水平。加強(qiáng)新建項(xiàng)目碳排放總量和強(qiáng)度指標(biāo)審核,嚴(yán)格控制碳排放指標(biāo);加強(qiáng)項(xiàng)目前期管理,按照項(xiàng)目類別,落實(shí)各級(jí)管理主體責(zé)任,嚴(yán)控碳排放增量。
3.1.2 加強(qiáng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理
項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段確保先進(jìn)成熟節(jié)能低碳技術(shù)推廣應(yīng)用到位、節(jié)能降碳措施落實(shí)到位,碳排放指標(biāo)達(dá)到行業(yè)乃至世界領(lǐng)先。開發(fā)、應(yīng)用高效綠色低碳催化劑等領(lǐng)先技術(shù),大幅度降低物耗能耗。
3.2.1 加強(qiáng)能力建設(shè)規(guī)范管理行為
首先要建立碳資產(chǎn)管理組織機(jī)構(gòu),明確專管部門,配備專管人員,制定制度流程,組織制度培訓(xùn),開展碳排放數(shù)據(jù)管理專項(xiàng)檢查,規(guī)范碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量管理,提高核算準(zhǔn)確度。其次要應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)和國家行業(yè)指南核算溫室氣體排放量,按要求填報(bào)碳排放系統(tǒng)、編制碳排放報(bào)告、監(jiān)測計(jì)劃及補(bǔ)充數(shù)據(jù)報(bào)告,完成上級(jí)公司和政府部門組織的第三方、第四方碳核查和年度碳排放報(bào)告修訂,對(duì)核查中發(fā)現(xiàn)的不符合項(xiàng)及時(shí)對(duì)接整改。同時(shí),要加強(qiáng)政策研究,培養(yǎng)具備足夠能力水平的碳資產(chǎn)管理人才,滿足不斷增長的碳資產(chǎn)管理需求。
3.2.2 加強(qiáng)能耗“雙控”管理
在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中,要充分利用更加清潔高效的綠色低碳能源,充分利用數(shù)字化和信息化手段,加強(qiáng)能源生產(chǎn)、供應(yīng)、輸送、轉(zhuǎn)換、消耗全過程管控,控制好能耗總量和強(qiáng)度指標(biāo),嚴(yán)格執(zhí)行地方政府控煤指標(biāo),努力提高能效[9]。如通過淘汰落后高耗能機(jī)電設(shè)備、實(shí)施工藝改造和優(yōu)化操作,減少蒸汽放空,減少生產(chǎn)裝置火炬長明燈天然氣的消耗量等措施,降低能耗減少碳排放。
3.2.3 推進(jìn)實(shí)施節(jié)能降碳項(xiàng)目
按照國家推薦的成熟節(jié)能降碳技術(shù)和高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南[10]等,通過裝置熱聯(lián)合、蒸汽能量梯級(jí)利用、充分利用余熱余壓、實(shí)施熱電機(jī)組能效提升工程等技術(shù)措施,充分挖掘節(jié)能降碳項(xiàng)目,落實(shí)項(xiàng)目資金,加強(qiáng)過程管控,確保項(xiàng)目按期保質(zhì)完成,持續(xù)壓減燃動(dòng)能耗與加工損失。如三家企業(yè)先后實(shí)施的“蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造”、“余熱蒸汽發(fā)電”等14個(gè)項(xiàng)目,年節(jié)能13萬噸標(biāo)煤。正在實(shí)施的8個(gè)項(xiàng)目,完成后預(yù)計(jì)年節(jié)能8萬噸標(biāo)煤。
3.2.4 深化能效對(duì)標(biāo)
參加國家部委和行業(yè)組織的能效“領(lǐng)跑者”遴選活動(dòng),對(duì)標(biāo)企業(yè)歷史最好水平和行業(yè)最優(yōu)水平,挖掘裝置潛力,提升能效水平。一是推進(jìn)煤電機(jī)組升級(jí)改造,自備燃煤熱電廠供電標(biāo)煤耗降至300克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)以下[11];二是推動(dòng)煤炭清潔高效利用,促進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級(jí),煤制甲醇和煤制烯烴單位產(chǎn)品能耗全面達(dá)到標(biāo)桿水平[12];三是更新淘汰高耗能落后機(jī)電設(shè)備,落實(shí)國家有關(guān)部門要求,淘汰高耗能落后電機(jī),推進(jìn)變壓器能效提升工程落實(shí)落地,達(dá)到節(jié)能減排目的。
3.2.5 推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)
對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)裝置,組織開展有針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān),優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營,保持物耗能耗指標(biāo)的先進(jìn)性。持續(xù)開展降低熱電燃料煤耗和煤氣化裝置原料煤耗,減少非計(jì)劃停工確保長周期運(yùn)行,解決瓶頸問題,優(yōu)化能量利用,降低循環(huán)水系統(tǒng)能耗等技術(shù)攻關(guān);推廣應(yīng)用高效換熱器、節(jié)能機(jī)泵、氣凝膠新型保溫等先進(jìn)技術(shù);開展裝置脫瓶頸和節(jié)能提效技術(shù)改造。
3.2.6 積極推進(jìn)太陽能利用項(xiàng)目
太陽能是未來綠色能源消費(fèi)的主要方向之一。目前煤化工企業(yè)已有應(yīng)用,如采用太陽能進(jìn)行熱水制備,源水裝置的遠(yuǎn)程閥室應(yīng)用光伏供電裝置,生產(chǎn)區(qū)域路燈照明進(jìn)行太陽能改造,辦公樓增設(shè)光伏發(fā)電設(shè)施等。下一步可推進(jìn)規(guī)劃建設(shè)煤礦光伏發(fā)電,加強(qiáng)綠電綠氫與煤化工的耦合。充分利用國家產(chǎn)業(yè)扶持政策和采煤沉降區(qū)土地資源,積極與地方政府有關(guān)部門溝通協(xié)調(diào),在現(xiàn)有煤化工項(xiàng)目配套的煤礦采煤沉降區(qū)生態(tài)恢復(fù)治理中,因地制宜大力發(fā)展生態(tài)光伏發(fā)電。同時(shí),開發(fā)綠電制綠氫、綠氧項(xiàng)目,在煤制甲醇過程中適當(dāng)使用綠氧、綠氫,降低空分裝置能耗和合成氣變換裝置的CO變換反應(yīng)深度,減少二氧化碳的產(chǎn)生量,進(jìn)而減少企業(yè)制程排放源的碳排放量。
3.2.7 適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)品路線
高碳?xì)浔犬a(chǎn)品相較于低碳?xì)浔犬a(chǎn)品具有更好的固碳作用,多生產(chǎn)高碳?xì)浔鹊漠a(chǎn)品能減少碳排放。有條件的企業(yè)可根據(jù)自身特點(diǎn),結(jié)合市場需求,多生產(chǎn)碳?xì)浔雀叩漠a(chǎn)品,如醋酸、醋酐、醋酸甲酯、碳酸二甲酯、聚羥基乙酸等。
3.2.8 積極開展產(chǎn)品碳足跡核算評(píng)價(jià)[13]
開展碳足跡核算評(píng)價(jià)是煤化工產(chǎn)品取得碳標(biāo)簽、走向世界的需要。企業(yè)也可以在核算評(píng)價(jià)中了解產(chǎn)品在碳排放方面存在的問題和不足,進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)和提升;對(duì)產(chǎn)品碳足跡有重大影響的環(huán)節(jié)和因素,制定改進(jìn)措施降低單位產(chǎn)品碳排放,提高產(chǎn)品競爭力。
3.2.9 實(shí)現(xiàn)綠電綠氫與煤化工的深度耦合
未來隨著科技進(jìn)步和綠色能源成本的大幅下降,可以考慮大規(guī)模將綠電和綠氫應(yīng)用于煤化工,實(shí)現(xiàn)綠電綠氫與煤化工的深度耦合。對(duì)自備燃煤熱電廠實(shí)施電鍋爐改造或取消自備電廠,直接使用綠電和綠電鍋爐等。對(duì)工藝生產(chǎn)裝置進(jìn)行流程再造,汽驅(qū)改電驅(qū)降低蒸汽用量。煤制甲醇大量使用綠氫、綠氧,將煤中的碳最大限度轉(zhuǎn)移到甲醇產(chǎn)品中,使制程排放源的碳排放降到最低。當(dāng)固定排放源和制程排放源實(shí)現(xiàn)近零碳排放時(shí),煤化工企業(yè)將生產(chǎn)出真正的綠色產(chǎn)品。
3.3.1 應(yīng)用CCUS技術(shù)
對(duì)于通過各種節(jié)能降碳措施后仍無法避免的碳排放,可采用CCUS技術(shù)回收利用。近期主要著眼于煤化工生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的高濃度二氧化碳的回收利用,未來可以將生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的少量碳排放完全中和。
3.3.2 強(qiáng)化碳資產(chǎn)管理
碳排放權(quán)交易市場(簡稱碳市場)是實(shí)現(xiàn)碳中和的途徑之一,也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳資產(chǎn)價(jià)值和碳指標(biāo)調(diào)節(jié)的載體。企業(yè)應(yīng)組織人員參與碳市場運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié),按要求開展碳盤查,做好碳排放監(jiān)測、報(bào)告與核查(MRV)工作,開發(fā)和儲(chǔ)備中國溫室氣體自愿減排(CCER)項(xiàng)目,開展碳配額指標(biāo)的測算,參與碳配額指標(biāo)的核定、分配和碳排放權(quán)的交易,完成年度碳履約工作。通過參加碳交易,企業(yè)在積累碳資產(chǎn)的同時(shí),也積累管理經(jīng)驗(yàn)。
(1)煤化工企業(yè)碳排放總量和強(qiáng)度都比較大,鑒于我國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的時(shí)間非常緊,企業(yè)本身也存在諸多技術(shù)層面的不足,客觀情況決定了現(xiàn)代煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)必將面臨很大困難,需要引起足夠的重視,付出更多努力。
(2)固定排放源和制程排放源是典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)的碳排放主體,是碳減排的重點(diǎn)。通過采取前端控制、中端減排和末端治理的全過程管控,可最大限度減少碳排放,為雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。
(3)煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的根本出路在于技術(shù)進(jìn)步,穩(wěn)定而低成本的綠電和綠氫供應(yīng)需要新的技術(shù)突破,綠電綠氫與煤化工的深度耦合也需要新的技術(shù)突破。當(dāng)條件具備時(shí),現(xiàn)代煤化工可以將煤中的碳最大限度轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中,生產(chǎn)出真正的綠色產(chǎn)品。
(4)煤化工企業(yè)需要強(qiáng)化碳資產(chǎn)管理,充分利用碳市場,積極參與碳交易,實(shí)現(xiàn)碳資產(chǎn)的保值增值,并加快推進(jìn)碳中和進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。