现代煤化工：何去何从，谁主沉浮？“双碳”目标下，减碳之路何解？
作者：化小北 来源：煤化工信息网 浏览次数：1830次 更新时间：2021-09-23
“富煤贫油少气”是中国能源结构的基本特征，煤炭为主的资源禀赋一直是中国的基本国情。长期以来，国内煤炭都以燃料用途为主，也饱受高排放的诟病。目前，煤炭仍是中国主要的一次能源来源，排名次之的油气资源海外依存度较高，动荡的市场威胁着中国的能源安全。
随着整个社会向可再生、可持续的低碳社会迈进，煤化工产业的蓬勃发展将更大的发挥出煤炭的资源压舱石作用，煤炭产业也将在诸多方面为保障国家能源安全保驾护航。
现代煤化工，是以煤炭为主要原料、以生产清洁能源和化工产品为主要目标的现代化煤炭加工转化产业。近年来，我国现代煤化工行业稳步发展，煤制油、煤制烯烃及其衍生物、煤制天然气、煤制二甲醚、煤制乙二醇等一批煤基化学品和燃料的示范项目陆续建设和投产。我国提出二氧化碳排放于2030年前达到峰值，于2060年前实现碳中和的目标，随着这一愿景的实施，能源领域将迎来一次根本性调整，现代煤化工行业是排放大户，如何加快减碳已成当务之急。
煤化工作为煤炭清洁利用的主要方式，在“双碳”战略背景下有望迎来春天。
国家最高领导人在陕西调研时强调，煤化工产业潜力巨大、大有前途，要提高煤炭作为化工原料的综合利用效能，促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展，把加强科技创新作为最紧迫任务，加快关键核心技术攻关，积极发展煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等。
消息一出，整个煤化工板块掀起上涨潮，煤化工作为煤炭清洁利用的主要方式，在“双碳”战略背景下有望迎来春天。
能源结构使然
煤化工起源于18世纪工业革命后，西方国家建立焦化厂，广泛应用于冶金、农业领域。所谓的煤化工是指以煤炭为原料，经过物理和化学反应转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。煤化工一般可分为传统煤化工和现代煤化工，其中传统煤化工产品包括碳黑、PVC、合成氨等；而现代煤化工则以替代石油路线为基本目标，使用煤炭生产化学品，包括各类烯烃、芳烃、甲醇、乙醇、乙二醇、汽柴油、醋酸等。
事实上，煤化工产业的崛起主要是基于我国“多煤少油缺气”的资源格局。我国是世界上第一大煤炭生产国及消费国，探明能源储量中，煤炭占94%，石油占5.4%，天然气占0.6%。
我国对煤炭以外的石化能源消费量依然巨大，为全球第一大石油进口国，2020年石油对外依存度超过70%，远超国际公认的石油对外依存度安全警戒线50%；2018年我国超越日本成为全球第一大天然气进口国，2020年天然气对外依存度也超过 40%。现代煤化工结合了能源开发和化工技术实现煤炭与化工一体化，主要生产油气及其相关产品（烯烃、醇、油、酸、醚等），是我国实现石油化工替代的主要路线，也是未来能源自主化发展的主要方向之一。
煤炭作为我国碳一产业链发展的主要源头之一，已经逐步形成了较为丰富的产业布局，而随着煤气化的技术不断优化，新型煤化工获得快速延伸，形成了煤炭由能源品向化工品的延伸发展。我国煤化工产业发展十分迅速，主要产品产能、产量保持在世界第一。数据显示，2019年我国煤（甲醇）制烯烃产能为1582万吨/年，煤制气产能为51.1亿立方米/年，煤制乙二醇产能为483万吨/年，煤制油产能921万吨/年。
两大巨头
煤企转型煤化工有天然资源优势，国内正在加速投建新型煤化工。随着煤炭供给侧改革及环保政策推进，新开采煤矿审批难度加大，准入门槛提升，使得煤矿加速向头部企业集中。此外，新型煤化工是生产洁净能源或可替代石化产品的工艺，如煤制油、煤制烯烃等，具备新型(煤制油)/传统(煤制醋酸等)煤化工产线标的兖州煤业以及煤制烯烃标的宝丰能源、中煤能源、中国神华最值得关注。
宝丰能源从事煤化工领域多年，拥有传统和新型煤化工双线业务格局，从煤炭原料出发，建立了“一头两线多产”的综合业务平台。通过双业务布局，公司5年归母净利润复合增速达25%。
2013 年，公司增资收购了东毅环保，通过对公司焦炉废气的回收利用，进行甲醇生产，并进而延伸进行烯烃产品布局。2014 年公司成功以甲醇为节点进行烯烃产品生产，实现了从传统煤化工向新型煤化工的拓展。2016年，宝丰能源在原有焦化业务基础上，延伸碳四加工产业链，优化原有的产品生产效率；同时公司积极进行甲醇-烯烃产能扩充，将煤炭气化和焦化结合进行甲醇生产，实现能源的综合利用，至2020年，公司的募投项全面达产，公司已经拥有400万吨焦炭产能，400万吨甲醇产能，120万吨聚烯烃产能，并伴随着宁东三期项目、300万吨焦化项目、C2-C5综合利用项目以及内蒙古项目的逐步建设和投产，公司将进入快速的产能释放期。
华鲁恒升在煤化工领域同样深耕细作多年，由单一的化肥业务拓展为肥料、有机胺、醋酸、多元醇、己二酸齐头并举，目前已成为国内重要的基础化工原料制造商和全球最大的DMF供应商。
成本是华鲁恒升最大的优势。
作为煤制乙二醇的代表企业，华鲁恒升借鉴了5万吨乙二醇试验线的运行经验，公司50万吨的乙二醇的投资成本较预算下降13.4%，使得单吨投资额迅速下降，大幅压低产线的运行成本，在业内的竞争优势很难有企业可以匹敌。去年公司与湖北江陵县政府、荆州市政府签订了投资建设现代煤化工基地协议，计划一期项目总投资不少于人民币 100 亿元，二期及后续投资规模另行协商确定。荆州基地作为公司的第二基地，将生产功能化尿素、醋酸、有机胺等。根据协议，当地政府将为该项目争取用煤指标和 100 万吨/年尿素产能指标，并为基地解决能耗和环境容量问题，同时在项目用地、危化仓储和码头、铁路专用线、项目用电、给排水以及动力岛等方面也将予以公司支持。
不过最后要提醒的是，煤化工产品成本构成中原料煤及燃料煤占比相对较高，接近50%左右，如果企业自有煤炭生产成本控制不佳，或自有煤炭供应不足需要外部采购的情况下，原料成本的增加将对煤化工项目盈利带来不利影响。近期煤炭价格飙升，对部分煤化工企业来说或许是一个不小的冲击。
【3060】 “ 双碳 ” 目标下，现代煤化工产业减碳的思路
现代煤化工是以煤炭为主要原料、以生产清洁能源和化工产品为主要目标的现代化煤炭加工转化产业。基于我国油气匮乏、煤炭相对丰富的资源禀赋特点，现代煤化工产业依靠技术革新，实现石油和天然气资源的补充和部分替代，是国家能源生产和消费革命的重要内容。
近年来，我国现代煤化工产业稳步发展，煤制油、煤制烯烃及其衍生物、煤制天然气、煤制二甲醚、煤制乙二醇等一批煤基化学品和燃料的示范项目陆续建设和投产。据统计，截至“十三五”末，我国已建成8套煤制油、4套煤制天然气、32套煤（甲醇）制烯烃、24套煤制乙二醇示范及产业化推广项目。其中，煤制油、煤制天然气、煤（甲醇）制烯烃、煤制乙二醇四类主要产品的产能，较2015年增幅分别达到180.88%、64.41%、99.74%和112.17%。从产能利用率来看，除煤制乙二醇为72.5%，其他均实现80%以上。2019年，全国现代煤化工行业中煤制油、煤制烯烃、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然气等产品产量分别约为746万吨、908万吨、6216万吨、316万吨、43亿立方米。
目前，我国已形成以“三西（蒙西、陕西、山西）+宁夏”为核心，以新疆、青海为补充，以东部沿海为外延的现代煤化工产业格局，内蒙古鄂尔多斯煤化工基地、宁夏宁东能源化工基地、陕西榆横煤化工基地以及新疆的准东、伊犁、吐哈、和丰等煤化工基地已初具规模。
本文主要探讨在“双碳”目标背景下，现代煤化工产业的减碳思路。
面对“双碳”目标，产业高碳、集排特性是把“双刃剑”
现代煤化工产业具有高碳属性。利用煤化工生产替代石油化工生产的化工产品，需要对氢/碳原子比进行调整。煤炭的氢/碳原子比为0.2—1.0，而石油的氢/碳原子比为1.6—2.0，因此，在煤气化制甲醇和烯烃、煤液化以及煤间接液化过程中都会有大量的碳以二氧化碳的形式产生。根据碳元素转化率不同，吨产品产生的二氧化碳不尽相同，比如煤直接液化约5.8吨，煤间接液化约6.1吨，煤制天然气约4.8吨，煤制烯烃约9吨，煤制乙二醇约6.8吨。数据显示，截至2019年底，我国现代煤化工产业的原料煤转化量约1.55亿吨标煤，约占煤炭消费量的5.6%。出于自身结构及反应过程，消费1吨煤将排放2—3吨以上二氧化碳，从原理上来讲，这个排放不可避免，未来数亿吨的二氧化碳排放问题将成为产业持续发展最大的约束之一。
“双碳”目标对现代煤化工产业提出极大挑战。扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，将成为未来一段时期的重要任务。在这一愿景的实现过程中，能源领域将迎来一次根本性调整，现代煤化工产业如何加快减碳、如何实现低碳转型已成当务之急。
现代煤化工产业碳排放具有浓度高、排放集中优势。形成这项优势的原因有两点。第一，煤化工生产中的二氧化碳排放主要有能源使用过程中的燃烧排放以及生产过程中的工艺排放两种。燃烧排放主要存在于加热炉、自备电厂等燃料气、煤燃烧排放过程，排放浓度较低，生产过程中的工艺排放主要来自气净化环节，排放浓度较高，二氧化碳的体积能够达到65%—95%。第二，二氧化碳的排放量分布比较集中，并且单个排放源的排放量比较大。大型煤化工装置的二氧化碳排放量达到百万吨以上，而生产过程排放的二氧化碳量所占比例在55%以上，排放源比较集中，这就使得工业生产过程中排放的二氧化碳能够得到富集。因此，对二氧化碳进行提纯投入会相对较少，操作会相对简单。
部分企业虽已纳入重点碳排放单位名单，但其生产过程碳排放并未纳入。2020年，生态环境部印发《纳入2019—2020年全国碳排放权交易配额管理的重点排放单位名单》，其中大唐克旗煤制气、神华宁煤、伊泰化工、宝丰能源等多家煤化工企业均被纳入，然而，文件规定的配额管理仅针对煤化工企业自备电厂发电排放环节，而相比之下，现代煤化工生产过程的碳排放更甚，但生产过程碳排放却暂未参与全国碳市场。
产业虽正逐步探索减碳技术工艺，但尚远不能满足日益增长的碳减排需求
在二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）方面，现代煤化工产业积累了宝贵的经验。2010年，神华集团煤制油化工公司鄂尔多斯煤制油分公司10万吨/年CCS示范项目的液化与净化装置打通全流程，成为国内第一个CCS工业化示范项目，取得了CCS的重大创新，不仅首次实现煤制油高浓度CCS全流程集成工业化系统的示范，还首次将压裂增注引入二氧化碳咸水层封存，实现了二氧化碳在深部岩层中的封存，减少了二氧化碳的排放。
在资源化利用制化学品方面，现代煤化工产业也已着手布局。近年来，我国现代煤化工企业和科研机构在二氧化碳制甲醇、烯烃、芳烃、汽油，二氧化碳制甲酸，二氧化碳和甲烷重整制合成气、二氧化碳制可降解塑料等高价值化学品方面取得一系列研究进展，从赛迪智库整理的已建成和规划的现代煤化工企业二氧化碳利用制化学品项目（见表1）来看，现代煤化工产业已开展了若干二氧化碳资源化利用项目来实现减碳。
工艺革应该是减少二氧化碳排放的最根本手段，也是“双碳”目标下最有效的碳减排途径。在此方面，现代煤化工行业已开展了初步尝试。2020年，宝丰能源率先开启新能源产业与现代煤化工产业的替代式发展，依托现有循环经济产业链，投资建设国际一流的“太阳能电解制氢示范项目”。项目将太阳能“绿氢”直供化工装置生产高附加值的煤基新材料产品，降低现行通用工艺中原料煤的消耗，同时，还用于将项目所产的“绿氧”替代空分装置所产的氧气，减少燃料煤消耗。以太阳能电解水制氢项目的绿色新能源替代原料煤和燃料煤，则通过可再生能源的多维应用，破解能源应用需求和降碳减排之间的矛盾。
煤化工产业减碳应从三方面着手
首先，大力发展CCUS技术推动减排，利用煤基能源化工过程中副产二氧化碳高浓度优势，积极探索CCUS技术，超前部署高效CCS以及二氧化碳驱油等CCUS技术的前沿性研发。积极扩展二氧化碳资源化利用途径与领域，将二氧化碳作为资源加以产业化利用，推动资源化利用二氧化碳生产高附加值烯烃、甲醇等化工产品。
其次，通过现代煤化工和石油化工、可再生能源生产工艺融合减少碳排放。重点研究煤转化、油煤气耦合制燃料和大宗化学品的新路线，推动煤化工和石油化工融合发展。利用现代煤化工基地优势的可再生能源，如太阳能资源、高温核能等制取的低碳氢耦合煤化工，部分替代煤制灰氢，以大幅减少二氧化碳排放。
最后，从政策层面来讲，应尽快制定煤化工行业达峰目标及达峰行动方案，从政策层面倒逼和引导现代煤化工产业低碳转型。应加严管控，针对行业出台更详细的碳盘查、碳核算指南，适时积极参与全国碳交易市场。
