零碳洞察26 | 煤炭及煤化工产业的绿色转型技术路径探析

《零碳洞察》是诺蒂奇（中国）将二十余年在能源、建筑、交通以及可持续发展领域的经验见解，结合低碳城镇化发展的落地实践，通过政策解读，案例分析，场景化表达，引荐全球最新绿色低碳行业及城区有关标准，解读中国“碳达峰碳中和”相关议题。

现任诺蒂奇中国区总裁。丹麦科技大学硕士，北大国发院MBA，德国DGNB持证咨询顾问。

2004年开始主持开发了联合国气候框架公约UNFCCC中第一个基于中国项目的碳减排方法学，于2007年被UNFCCC-EB专家理事会通过批复；负责过中国及海外数十个可再生能源碳交易项目；近年来更是主持参与过国内外多个低碳设计规划及改造项目；对全球特别是北欧的碳达峰、碳中和政策走向和实现路径有着深刻的理解和丰富的实操经验，对中国的碳达峰、碳中和发展趋势及1+N 政策体系具有深刻的研究和独到的见解。

致力于将全球特别是北欧在碳达峰、碳中和领域最前沿的思想、方法和最佳实践经验及全球领先的关键性技术和项目引入中国并进行适合国情国策的本土化、优化和深化。

本期《零碳洞察》将了解煤化工产业的绿色低碳转型，绿色技术产品绿色技术框架，煤化工与绿电绿氢技术耦合和煤化工与CCS/CCUS技术耦合的绿色路径，推动高质量可持续发展。

我国作为全球最大的能源国，严重依赖煤炭发电和供热，其消耗占总能源消耗的一半以上，同时煤炭也是化工生产的主要原料。相较于石油化工和天然气化工，煤化工碳排放更高，能耗和CO2排放显著。2020年，煤化工行业CO2排放量占全国6.04%，成为主要碳排放源之一。因此，煤化工产业急需绿色低碳转型，推动高质量可持续发展。

煤化工利用煤作为能源和原料生产气体、液体和固体，然后合成各种燃料和化学品。传统煤化工主要包括焦炭制造、煤制氨和尿素、以及通过碳化钙制造聚氯乙烯（PVC）等过程。现代煤化工通常从大规模煤气化开始，生产合成气，即氢（H2）和一氧化碳（CO）。再利用合成气进行氢化煤和液体燃料的合成。在我国的现代煤化工中，常见的产品包括CTL（间接煤制液体燃料）、CTG（煤制气）、CTO（煤制烯烃）、CtEG（煤制乙二醇）和CTA（煤制芳烃）。

绿色技术按成熟度、可行性和经济性分为常规与突破性两类。常规技术成熟、成本适中但减排潜力有限，如大型煤气化和余热回收技术。突破性技术虽未成熟、成本高，但减排潜力大，如碳捕集封存(CCS)和绿氢制烯烃技术。产品生产有不同路线和技术组合，包括基本和先进附加技术。基本技术必不可少且有替代选项，而先进附加技术可选择性加装，能提升减排效果。

近年来，我国光伏、风电等绿色能源及电解水制绿氢技术发展迅速，绿电绿氢成本降低。将绿电绿氢与煤化工结合，创新技术路线与产业模式，促进可再生能源消纳，减少煤化工物料转换，提高利用效率，降低能耗和碳排放。绿氢引入可大幅减轻变换反应负荷，助力煤化工脱碳。此举有望为煤化工行业带来巨大贡献，推动其向更加绿色、低碳的方向发展，助力实现可持续发展目标。

在中国现有的可再生氢生产示范项目中，有四个已投入运行，其中产能最大的是宝丰能源在宁夏的可再生能源制氢项目。宝丰能源首创将“绿氢”“绿氧”直供化工系统，用“绿氢”替代原料煤、“绿氧”替代燃料煤生产高端化工产品，开创了一条技术领先、经济可行的新能源替代化石能源实现“碳中和”的科学路径。项目于2021年4月投产，由200兆瓦太阳能光伏发电驱动首期30兆瓦碱性电解槽，年产氢约2.4亿立方米，电解槽利用率为46%。产出的可再生氢直接作为生产烯烃的原料用于宝丰的煤化工设施，每年替代煤炭用量约32万吨，减少56万吨的二氧化碳排放。

2018年，巴斯夫宣布在广东湛江建设一体化生产基地，预计至2030年投资总额将高达100亿欧元，巴斯夫与合作伙伴共同建设了海上风电场，这一创新举措旨在利用丰富的海风资源，为整个园区提供稳定、清洁的电力供应。通过这种方式，园区将实现100%的绿电全覆盖，大大减少了化石能源的使用和相应的碳排放。

将煤化工、燃煤电厂和石油化工装置排放的CO2经捕获浓缩后注入地下封存的技术称为CCS技术，CO2经捕获浓缩后注入油田，用于驱油后再封存的技术称为CCUS技术。

据研究，中国现代煤化工行业（包括煤转化制造）的CO2排放量占全国总排放量的3%以上，主要包括工艺排放和燃料燃烧排放，前者通常占总排放量的56%至67%。由于煤化工生产和工业分离过程的结果，存在大量高纯度CO2（>80%浓度）或纯CO2（>98.5%浓度）流，因此煤化工设施是理想的高浓度排放源，适合进行碳捕集。在某些情况下，它们甚至可以完全避免碳捕集过程，因此煤化工制造被广泛认为是中国试点CCUS项目最优选的行业。

近日，陕煤集团榆林化学公司400万吨/年CCS示范项目40万吨/年先导试验项目转入工程实施阶段，该项目采用“集约化、大规模、清洁利用和有效利用”现代洁净煤技术模式，将CO₂从排放源中分离出来后经过压缩、水冷降温等环节，通过高压管道输送注入地下永久封存，实现长期与大气隔绝。

据不完全统计，截至2022年底，中国已投运和规划建设中的CCUS示范项目已接近百个，其中已投运项目超过半数，具备CO2捕集能力约400万吨/年，注入能力约200万吨/年，分别较2021年提升33%和65%左右。

与低浓度CO2排放源（如热电厂）相比，现代煤化工厂捕集过程的资本成本可显著降低，运行能耗也更低。高浓度CO2排放源（来自煤化工设施）的碳捕集至少有三种最终用途：

• CCS：通过长距管道运输后地下存储，对现有煤化工厂的改造是减碳的低风险途径；

• CCUS，用于增强油气采收，如中国石化年产百万吨的项目，能增产20万吨原油；此外中国首个100公里CO2输送管道的建设也正在进行中。

• CCU或PtX耦合，结合可再生电和煤化工厂的CO2，生产电气化燃料供航空、海运等用。