“双碳”目标是我国对世界的庄严承诺。煤化工产业属于高碳排放类产业，产能逐渐增加，探寻低碳化发展迫在眉睫。分析了现代煤化工产业发展的现状，认为现代煤化工对保障国家能源安全具有重要作用，其碳排放主要来源是工艺排放和燃烧排放，其中工艺排放可以通过改善产品结构、与新能源制氢耦合等途径解决，而燃烧排放可以通过电驱替代汽驱等方式解决，总体碳排放可以降低90%以上，建议产业探索通过创新工艺流程降低排放强度。

中国国家主席习近平2020年9月22日在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，提出了我国应对气候变化新的国家自主贡献目标和长期愿景:中国将提高国家自主贡献力度，采取更有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这是中国首次向全球明确实现碳中和的时间点，也是迄今为止各国中做出的最大减少全球变暖预期的气候承诺。现代煤化工产业作为近年发展起来的新型化工产业，对保障国家能源安全具有重要作用，是煤炭清洁高效利用的途径之一，但其碳排放强度高，单个项目碳排放量大，探寻现代煤化工产业低碳化发展迫在眉睫。部分学者分析了现代煤化工碳排放的碳源流，但没有提出有针对性的减排方案;部分学者提出了源头减排的概念，但没有具体实施路径;部分学者提出了从政策角度约束产业碳排放，但缺乏实际路径支撑。为此，梳理了现代煤化工产业碳排放的源头，并根据源头提出针对性减排路径，为未来产业低碳化发展提供参考。

现代煤化工产业发展现状

现代煤化工目前主要发展了煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等四大类产业，此外，在煤制乙醇、低阶煤热解、煤制可降解塑料等方面的发展也突飞猛进。我国现代煤化工的发展，带动了煤炭气化、大型空分、油品合成、大型特种压缩机、专业泵阀等装备制造业的发展，多个领域的技术走在世界前列。

截至2020年，煤制油、气、烯烃、乙二醇等四大类投产项目累计完成投资约6060亿元，生产主要产品2 647万t，开工率分别达到63.4%、91.7%、96.37%、55.8%，年转化煤炭约9 380万t (标煤)，年营业收入1 212亿元。煤(甲醇)路线乙烯和丙烯产能分别占比20.1%和21.5%，煤制乙二醇产能占全国乙二醇总产能的38.1%。我国现代煤化工产能情况如图1所示。

图1 我国现代煤化工产能情况

现代煤化工碳排放强度和总量

表2 典型煤化工项目CO2排放来源占比分析

通过表2我们可以知道，现代煤化工项目的碳排放来源主要是低温甲醇洗工段的高浓度CO2和热电中心的锅炉排放，其中，低温甲醇洗的CO2主要是来自于变换单元，这是为了生产更多的氢，把CO变换成了H2和CO2，氢进入产品，而CO2外排，这是项目的主要碳排放来源。另一个主要来源是动力中心的锅炉排放，锅炉的作用有2个，一是为全厂提供蒸汽，包括驱动空分透平的高压蒸汽、气化用工艺蒸汽等，二是为全厂提供所需的电力。

现代煤化工低碳发展路径分析

3.1 工艺排放减排路径

通过上述分析，找到了煤化工碳排放的主要来源。其中，工艺碳排放强度高的主要原因是由于煤炭中的碳多、氢少，用煤炭制备的合成气中，碳多、氧多、氢少，而生产的产品中(如乙烯、丙烯等)的碳少氢多，所以必须用水来补充氢，而目前煤化工的方法是用CO与水反应生产氢，就必然副产大量CO2。所以，降低碳排放强度路径可以有2条:一是降低产品的氢碳比，也就是生产含碳多，或者碳和氧多、而氢少的产品;另一条则是通过别的途径来补充氢，而不用一氧化碳和水反应。具体路径分析如下:

3.1.1 改善产品结构，增加含氧化合物和碳纤维等产品

与石油化工相比，煤化工更适合生产含氧化合物。煤化工主要通过将煤转化成合成气从而进一步生产各类产品，合成气(CO和H2)有碳、氧和氢3种元素，更加适合生产甲醇、乙醇、乙二醇、可降解塑料等含氧化合物，流程短、成本低，且可以通过充分利用各元素，降低项目的碳排放强度。煤直接液化制油生产过程中，还副产大量沥青产品，煤液化沥青高温融变性好，硫含量低，是碳素行业理想的原料，可以向下游高端碳纤维材料发展，减少煤制燃料的量，降低碳排放。

3.1.2 与新能源制氢耦合，减少工艺过程产生的碳

作为氢能产业链中的关键技术，“电解水制氢”在政策扶持下取得较大进步，其中以“绿电”水解制氢作为一种近零碳排放的制氢方式，被行业寄予厚望。当前电解水制氢的成本中电费成本占比高达80%左右，如以0.3元/k Wh电费计取，制氢成本约为22元/kg，约为以煤价300元/t测算的煤制氢成本的3倍。

但随着制氢技术及“绿电”成本的下降，未来“绿氢”成本仍有较大下降空间。当电费下降至0.1～0.13元/k Wh，电解水制氢可以与当前煤制氢成本相当。通过打通电解水制“绿氢”“绿氧”成套技术、电解水制氢与煤制油化工产业耦合成套技术工艺流程，煤化工项目工艺碳排放可以降低95%，详见图2。

图2 煤化工与新能源制氢耦合工艺流程示意图 

3.2 燃烧排放减排路径

现代煤化工项目的燃烧排放主要来自于自备电厂的锅炉排放。自备电厂的锅炉主要用于提供全厂的蒸汽和电力，为了降低碳排放强度，可以考虑采用电驱替代汽驱，也就是用电替代蒸汽，而电可以从新能源发电采购，这样间接减少碳排放量。通过分析某典型煤制烯烃项目的蒸汽平衡，其9.8 MPa高压蒸汽主要供应发电机组和空分透平(如表3所示)，其4.1 MPa中压蒸汽主要供应甲醇循环机透平、MTO透平、烯烃分离透平、给水透平等(如表4所示)，通过分析，部分工艺蒸汽(如气化用蒸汽)和防爆区的透平装置(如甲醇循环透平、烯烃分离透平等)无法用电替代，其他大部分透平均可以采用电驱替代，蒸汽用量可以下降90%，而且煤化工项目的变换、甲醇合成等工艺装置本身副产大量蒸汽，基本可以满足以上无法用电驱替代的部分。这样基本上将燃烧排放的CO2降为零。

采用电驱之后项目的成本需要考量，经初步测算，采用电驱替代汽驱后，总投资会有所降低，而运营成本略有提高，对项目的影响不大。

综上分析，现代煤化工项目可以从改善产品结构、与新能源制氢耦合、采用电驱替代汽驱等方式降低碳排放强度。此外，还要注重项目的节能减排，积极布局以CO2为原料的全新碳基化学工业，推动CO2驱油等CCUS技术的产业化应用，积极关注以CO2为原料的新工艺、新技术进展，重点关注CO2合成甲醇、生物降解塑料等。加强产业碳市场基础建设，跟踪国内外碳市场政策趋势和方向，积极参与融入全国碳市场建设进程。

结论和建议

4.1 现代煤化工可以通过创新工艺流程降低排放强度

现代煤化工项目可以从改善产品结构、与新能源制氢耦合、采用电驱替代汽驱等方式降低碳排放强度，其中，改善产品结构和与新能源制氢耦合，可以使煤化工项目工艺碳排放降低90%以上;采用电驱替代汽驱，可以让燃烧排放大幅下降。建议高度重视煤化工工艺过程的绿色低碳，探索大比例外购绿色电力和热力的可行性，降低动力中心规模，进一步提升用能效率，降低煤化工过程的间接碳排放。探索新能源制氢与现代煤化工的耦合发展，降低工艺直接排放。

4.2 建议提升转化水平优化产品结构

充分利用现有产能及产品特性向下游低碳高附加值方向发展，做精现代煤化工。加强技术改造升级，优化产品结构，推广煤基新型材料，尽快在可降解材料、碳素材料等领域取得突破。发挥直接液化油品“一大三高四低”特性，重点生产高清洁油品及航空煤油等特种油品;利用间接液化油品直链烷烃、α-烯烃含量高等特性，重点向下游PAO、SHC、润滑油等高价值方向发展;烯烃方向重点开发高端牌号;乙二醇向下游发展PGA等可降解塑料等，提高产品附加值，降低单位增加值的碳排放强度。

4.3 建议合理控制规模把握建设节奏

建议国家出台相关政策，引导现代煤化工有序发展，合理控制煤化工产业发展的总规模，优选煤化工发展方向，把握“十四五”“十五五”建设节奏。“十四五”期间，煤制油总规模建议控制在3000万t以内，煤制烯烃总规模建议控制在2000万t以内，煤制乙二醇总规模建议控制在1000万t以内，煤制天然气建议控制在100亿m3以内。