探求現(xiàn)代煤化工低碳化發(fā)展之路
綠色低碳發(fā)展既是現(xiàn)代煤
化工面臨的戰(zhàn)略選擇,也是產(chǎn)業(yè)追求的發(fā)展目標(biāo)。在落實(shí)碳達(dá)峰、
碳中和總體部署時(shí),現(xiàn)代煤化工行業(yè)要認(rèn)真謀劃,在積極推進(jìn)煤炭消耗由能源型向能源型和原料型并舉,不斷減少能源型煤炭比例的同時(shí),積極采用
節(jié)能提效、優(yōu)化工藝、與清潔能源耦合、推進(jìn)CO?捕集利用與封存等多種措施,努力走出一條高碳產(chǎn)業(yè)低
碳排放、CO?循環(huán)利用的新路子。建議重點(diǎn)做好以下工作:
一是盡快淘汰落后產(chǎn)能,通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝提高能效,大幅減少CO?排放。當(dāng)前,提高能效水平是實(shí)現(xiàn)碳
減排的重點(diǎn),2019年我國萬元GDP的能耗是世界平均能耗的1.5倍,如果我國的能耗水平達(dá)到世界平均水平,在現(xiàn)有GDP不增加的情況下,每年可減排30億噸的CO?,因此通過提高能效實(shí)現(xiàn)
碳減排的空間很大。首先,要盡快淘汰低端、落后產(chǎn)能,為高端、低碳項(xiàng)目騰出發(fā)展空間;其次,由于現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目大多屬于示范項(xiàng)目,系統(tǒng)優(yōu)化集成不夠,主體化工裝置與環(huán)保設(shè)施之間、各單元化工裝置之間匹配度不夠,低位熱能、灰渣等資源綜合利用水平有待提高,其節(jié)能增效空間很大,要通過流程優(yōu)化和關(guān)鍵部件提升,對(duì)主要耗能工序進(jìn)行流程再造,達(dá)到減排、降耗目的。最后,大力推廣實(shí)施能量梯級(jí)利用、余熱發(fā)電、余熱回收等節(jié)能技術(shù),提高裝置的能源轉(zhuǎn)化效率。通過一系列措施,從而大幅降低煤化工項(xiàng)目單位增加值的能耗。
二是新建項(xiàng)目要采用先進(jìn)工藝技術(shù),推動(dòng)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)成為現(xiàn)代煤化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要推手,新建項(xiàng)目要選取具有國際領(lǐng)先或國際先進(jìn)水平的技術(shù),提高產(chǎn)品收率,降低能源和資源消耗。推動(dòng)行業(yè)低碳發(fā)展。比如,在煤氣化技術(shù)方面,由清華大學(xué)
山西清潔能源研究院等單位合作開發(fā)的水煤漿水冷壁廢鍋氣化爐技術(shù),蒸汽產(chǎn)量在半熱回收流程基礎(chǔ)上能夠再增加20%-30%,進(jìn)一步提高氣化系統(tǒng)的熱效率,能量利用高,
節(jié)能減排效果明顯。在甲醇制烯烴技術(shù)方面,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開發(fā)的“第三代甲醇制烯烴(DMTO-III)技術(shù)”在甲醇轉(zhuǎn)化率、乙烯丙烯選擇性、噸烯烴甲醇單耗等方面優(yōu)勢(shì)明顯,噸烯烴(乙烯+丙烯)甲醇單耗顯著降低。在煤間接液化技術(shù)方面,國家能源集團(tuán)與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作開發(fā)的甲醇與石腦油耦合制低碳烯烴技術(shù),已完成噸級(jí)產(chǎn)品小試,即將開展千噸級(jí)中試,其單位GDP能耗低,綜合能耗大幅降低、CO?減排顯著。在煤制乙二醇技術(shù)方面,中科院
福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所在第一代煤制乙二醇技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后,成功開發(fā)了新一代煤制乙二醇技術(shù),各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于第一代。新建項(xiàng)目要積極采用以上先進(jìn)技術(shù)工藝,大幅降低單位產(chǎn)品能源消耗。
三是積極開展關(guān)鍵核心技術(shù)科技攻關(guān),為煤化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐??萍紕?chuàng)新是當(dāng)前最緊迫的任務(wù)。在延伸產(chǎn)業(yè)鏈方面,開發(fā)與α-烯烴共聚的聚乙烯及丙丁共聚PP、融熔PP、高結(jié)晶度PP等新牌號(hào)聚烯烴樹脂;與石油化工技術(shù)耦和生產(chǎn)環(huán)氧乙烷、乙二醇、苯酚、環(huán)氧丙烷等;開發(fā)壬醇、異壬醇(INA)、聚丁烯等高端C3/C4下游衍生化學(xué)品。在煤炭分級(jí)分質(zhì)利用方面,開展煤炭清潔高效催化熱解技術(shù)、煤焦油提取高附加值精細(xì)化產(chǎn)品及制特種高級(jí)油品和芳烴技術(shù)、熱態(tài)半焦與高濃廢水耦合清潔高效氣化技術(shù)、熱解煤氣與半焦氣化煤氣合成高附加值含氧化合物技術(shù)研究。在短流程技術(shù)方面,開發(fā)合成氣一步法制烯烴,合成氣一步法制芳烴,甲醇一步法制備對(duì)二甲苯,合成氣直接制高碳醇技術(shù)等。在與可再生能源耦合方面,開發(fā)儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)能材料、與可再生能源耦合發(fā)電技術(shù)等。在二氧化碳資源化利用方面,開展煤化工CO?捕集與封存技術(shù)(CCS)研究,開發(fā)CO?電化學(xué)還原、光催化還原、催化加氫技術(shù)等資源化利用技術(shù)。
四是積極發(fā)展高端化、高附加值產(chǎn)品,增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力?,F(xiàn)代煤化工行業(yè)在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下,要走高端化發(fā)展道路。一方面,現(xiàn)有現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目要不斷向下游延伸產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值。煤制油要重點(diǎn)開發(fā)煤直接液化制超清潔油品和特種油品技術(shù),為航天
航空等軍事領(lǐng)域提供特種燃料,同時(shí)加快向下游化工產(chǎn)品延伸,多元化發(fā)展;煤間接液化應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)α-烯烴、高品質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油、煤基高端蠟等高端產(chǎn)品,不斷拓寬延伸應(yīng)用領(lǐng)域。煤制烯烴在生產(chǎn)大宗烯烴產(chǎn)品的同時(shí),適當(dāng)開發(fā)差異化、高端化聚烯烴牌號(hào)。煤制乙二醇要不斷提升乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量,降低資源消耗,在開發(fā)長纖聚酯用、高檔聚酯用產(chǎn)品的同時(shí),積極利用中間產(chǎn)品發(fā)展聚乙醇酸生物可降解材料等高附加值產(chǎn)品。低階煤分級(jí)分質(zhì)利用,要將下游產(chǎn)品延伸到降解塑料、特色碳材料、高密度航空煤油、聚碳酸酯多元醇等領(lǐng)域,提升經(jīng)濟(jì)效益。另一方面,要開發(fā)短流程和顛覆性技術(shù),提高原料利用率。如煤炭中C原子利用率進(jìn)一步提高,能量效率更高的超大型廢鍋流程加壓氣化技術(shù)將成為主流。未來還可以通過設(shè)計(jì)更有效的氧原子走向,調(diào)控產(chǎn)品碳鏈結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)C-O活化與定向轉(zhuǎn)化的合成氣催化轉(zhuǎn)化新過程。
五是推進(jìn)現(xiàn)代煤化工與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及清潔能源耦合,實(shí)現(xiàn)多元、綠色發(fā)展?,F(xiàn)代煤化工要積極與石油化工、
冶金、化纖、
電力等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)耦合,走多元化發(fā)展之路。同時(shí)要積極與清潔能源耦合,實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。煤制合成氣存在氫氣不足的現(xiàn)狀,需要經(jīng)合成氣變換來調(diào)變氫碳比,以滿足下游甲醇制烯烴和費(fèi)托合成工藝需求,過程中不僅造成碳資源的浪費(fèi),而且會(huì)造成大量的CO?排放。以風(fēng)電、光伏發(fā)電和水電等不能上網(wǎng)的電量電解水制氫,并與傳統(tǒng)的煤制氫技術(shù)耦合,將成為未來發(fā)展趨勢(shì)。
寧夏寶豐能源“國家級(jí)太陽能電解水制氫綜合示范項(xiàng)目”就是現(xiàn)代煤化工與綠氫及清潔能源多能互補(bǔ)應(yīng)用的一個(gè)成功案例。與此同時(shí),以風(fēng)能、水能、光伏、核能、太陽光能等新能源生產(chǎn)清潔電源,建分布式電網(wǎng),替代燃煤等為煤化工提供電能和熱源,可以更大限度地減少CO?排放。
六是積極開展二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)(CCUS)研究,為碳達(dá)峰提供技術(shù)儲(chǔ)備。煤化工裝置排放的尾氣中CO?具有排放集中、量大、成分相對(duì)單一及CO?濃度高等特點(diǎn),可將其捕集、封存、驅(qū)油或與綠氫合成制取化學(xué)品,實(shí)現(xiàn)資源化利用。CCUS是我國未來減少CO?排放、保障能源安全和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段,也是行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的終極手段。我國有多家單位開展了CO?捕集利用與封存技術(shù)研究并取得積極進(jìn)展。在二氧化碳資源化利用研究方面,我國也一直走在世界前列,在CO?制芳烴、甲醇、甲酸、乙醇、乙二醇、汽油、烯烴、碳酸酯、橡膠、DMF、生物基化學(xué)品以及CO?加氫甲烷化技術(shù)等各種前瞻技術(shù)方面均開展了研究,并取得積極進(jìn)展,展現(xiàn)了很好的發(fā)展前景。
(作者:中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)黨委常委、副秘書長兼煤化工專委會(huì)秘書長胡遷林,科技與裝備部科技項(xiàng)目處處長趙明)