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    • 論文
    主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

    賽迪智庫:黃河流域現代煤化工產業綠色低碳發展的建議

    2021-09-26

      經過二十多年的發展,我國現代煤化工產業已初步形成體系齊全、集聚發展的整體格局,主要分布于黃河流域,具備了較為成熟的煤制油、煤制氣、煤制化 學品的現代煤化工技術路線。在產業穩步發展的同時,碳排放量 大、水資源消耗過度、固體廢物 堆積等資源環境問題也日益突出,并成為限制產業發展的主要因素。加快推動現代煤化工產業綠色低碳轉型,既是破解產業環境困局的內在要求,也是落實黃河流域生態保護和高質量發展國家戰略、履行碳達峰碳中和責任的必然途徑。

      

      一、黃河流域現代煤化工綠色低碳轉型形勢緊迫

      

      近年來,我國現代煤化工產 業規模穩步發展,綜合技術已達國際領先水平。從產能利用率 看,除煤制乙二醇為72.5%外,其 他均實現80%以上。2019年全國現代煤化工行業中煤制油、煤制烯 烴、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤 制天然氣等產品產量分別約為746 萬噸、908萬噸、6216萬噸、316 萬噸、43億立方米?;趨^域資 源稟賦優勢,黃河流域的寧夏、 內蒙古、陜西、山西已成為我國 現代煤化工產業的主要集聚區。 據統計,所有的煤制油、85%的煤 制烯烴、50%左右的甲醇制烯烴項 目,均位于上述區域。

      

      第一,現代煤化工產業具有高碳屬性,碳達峰碳中和倒逼其低碳轉型。利用煤化工替代石油 化工生產化工產品,需要對H/C原 子比進行調整,煤炭的H/C原子比 為0.2~1.0,而石油的H/C原子 比為1.6~2.0,因此煤氣化制甲醇和烯烴、煤液化以及煤間接液 化過程中都會排出大量的二氧化 碳。根據碳元素轉化率不同,噸 產品產生的二氧化碳不盡相同, 比如煤直接液化約5.8噸,煤間接 液化約6.1噸,煤制天然氣約4.8 噸,煤制烯烴約9噸,煤制乙二醇 約6.8噸。據統計,至2019年底, 我國現代煤化工產業的原料煤轉 化量約1.55億噸標煤,約占煤炭 消費量的5.6%。按照1噸煤排放 2~3噸以上二氧化碳估算,未來3億噸以上的二氧化碳排放問題 將成為產業可持續發展最大的約 束之一,從原理上講這個排放不 可避免。隨著我國碳達峰碳中和 “3060”目標的提出,現代煤化 工產業扎實履行碳達峰碳中和各 項工作,實現低碳轉型,將成為 未來一段時期的重要任務。

      

      第二,現代煤化工產業用水量過度,黃河流域水資源無力承載。我國現代煤化工項目單位水 耗和規模體量均較大,目前煤制 油、煤制烯烴、煤制甲醇、煤制 乙二醇、煤制天然氣單位產品取 水量分別約為9.4立方米/噸、20 立方米/噸、10立方米/噸、20.8 立方米/噸、8.6立方米/千標方。 據估算,黃河流域現代煤化工用 水總量約為5.3億立方米/年;未 來5~10年,預計增至6.2億立方 米/年。目前現代煤化工已成為黃河流域主要的工業高耗水行業。黃河流域具有資源型缺水特征,特別是黃河中上游現代煤化工產業集聚的寧夏、內蒙古、陜西、山西地區,水資源量僅占全國水資源的3.85%,人均水資源不足黃河流域人均水資源量的一半,且該區域約40%屬于半干旱地區,現代煤化工項目節水勢在必行。

      

      第三,現代煤化工產業固廢堆存量大,黃河流域生態保護和高質量發展戰略倒逼其綠色轉型。現代煤化工生產過程會產生大量一般固體廢物和危險廢物,數量種類較多,包括煤氣化渣、煤焦油、焦油渣、煤瀝青、煤液化渣、廢水處理污泥等,相對于廢氣的治理,固體廢物的治理相對滯后。據統計,2019年現代煤化工四大基地之一的寧東基地固廢綜合利用率僅為31.7%,與國務院印發的《“十三五”生態環境保護規劃》中到2020年全國工業固體廢物綜合利用率提高到73%的目標差距較大,國內最大的煤制烯烴項目灰渣綜合利用率也只有10%?,F代煤化工產生的固廢大部分堆放到堆灰場,長期堆存對土壤和地下水存在潛在污染風險。2019年,黃河流域生態保護和高質量發展上升為國家戰略,2020年《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》已被審議通過,現代煤化工產業在固廢排放處置方面將面臨更嚴峻的考驗。

      

      二、現代煤化工綠色低碳措施及工作難點

      

      第一, 部分企業已被納入重點碳排放單位名單, 但減碳技術遠不能滿足碳減排需求。2020年,生態環境部印發《納入2 0 1 9 — 2 0 2 0年全國碳排放權交易配額管理的重點排放單位名單》,多家現代煤化工企業位列其中,配額管理僅針對煤化工企業自備電廠發電排放環節。相比之下,現代煤化工生產過程的碳排放更甚,但生產過程碳排放暫未參與全國碳市場?,F代煤化工碳排放具有排放源較集中、排放濃度較高的特點,生產過程中排放的二氧化碳容易得到富集,目前個別龍頭企業已建成CCS示范項目或推動二氧化碳資源化利用技術,但亟需開發低成本、產業化、規?;臏p碳技術。

      

      第二,執行廢水“零排放”方案, 但實際運行過程難度極大。廢水處理與再利用是煤化工節水的重要組成部分,環境政策倡導的廢水“零排放”,能最大限度地處理和回用現代煤化工項目產生的各種廢水,它也是部分煤化工項目所在地環境承載力差而必須采取的方案。煤化工裝置排出的高濃污水污染物成分復雜,含有氮、氨、硫多種鹽和酚等難降解的有機化合物,濃鹽水處理是煤化工執行廢水“ 零排放” 的關鍵環節。目前, 廢水“零排放”在實際運行過程中處理難度大, 投資和運行成本較高。比如,某現代煤化工項目廢水“零排放”投資占總投資的10%以上,由于增加了高濃鹽水處理等環節,煤化工項目排放的噸廢水處理成本遠超一般污水處理成本,比如某項目的含鹽廢水處理成本高達50元/t以上。

      

      第三, 推進固廢資源化利用,但大規模利用途徑和市場亟需拓寬。現代煤化工項目在建設初期基本都考慮了將一般固廢通過制磚、水泥實現資源化利用,綜合利用處置途徑較為單一。另外,由于西部地區經濟發展水平有限,市場需求不足,致使綜合利用率偏低?,F代煤化工固體廢物大都含有大量的多環芳烴等污染物,通過摻燒、作為化工原料等處理處置過程中的風險特征不明,風險控制節點不清楚,目前還無法實施科學有效的污染控制。

      

      三、幾點建議

      

      第一,從綠色低碳角度優化存量、嚴控增量。一是對已建重點項目進行跟蹤評價,全面評估各種工藝的碳排放、水耗及廢棄物產生情況、污染防治措施治理效果,梳理和總結現有項目的經驗教訓,并以此為基礎加快研究行業氣化工藝、節水、碳減排、固體廢物處置等領域的技術,加強不同技術間的耦合集成,提升現代煤化工技術水平和能源轉化效率。二是新建現代煤化工項目應優先在水資源相對豐富、環境容量較好的地區布局,新上項目必須綜合考慮水耗、碳排放、三廢排放等控制要求,并采用先進的綠色低碳技術。

      

      第二,大力開發碳減排與資源化利用技術和工藝,制定行業達峰行動方案。一是研究二氧化碳捕集、利用與封存技術,利用煤基能源化工過程中副產二氧化碳高濃度優勢,積極探索CCUS技術,前瞻性部署高效CCS以及二氧化碳驅油等CCUS技術的前沿性研發。積極擴展二氧化碳資源化利用途徑與領域,將二氧化碳作為資源加以產業化利用,推動資源化利用二氧化碳生產高附加值烯烴、甲醇等化工產品。二是通過現代煤化工和石油化工、可再生能源生產工藝融合減少碳排放。重點研究煤轉化、油煤氣耦合制燃料和大宗化學品的新路線,推動煤化工和石油化工融合發展。利用現代煤化工基地的可再生能源優勢,比如太陽能資源、高溫核能等制取的低碳氫,耦合煤化工,部分替代煤制灰氫,大幅減少二氧化碳排放。三是盡快制定煤化工行業達峰目標和行動方案,從政策層面倒逼和引導現代煤化工產業低碳轉型; 加強管控,針對行業出臺更詳細的碳盤查、碳核算指南,適時積極參與全國碳交易市場。

      

      第三,加大對廢水處理技術和裝備的扶持力度,推動節水試點建設。一是利用財政手段鼓勵企業研發、引進和使用先進適用的節水技術、工藝和設備,鼓勵企業和工業園區階梯式循環利用高鹽廢水或開展高鹽水深度處理,降低企業和工業園區的高鹽廢水治理成本。二是組織現代煤化工行業開展節水企業建設試點工作,試點應涵蓋節水技術普及、節水管理、節水意識樹立等方面,創新節水管理模式,實現節水管理水平及效益提升,加強用水計量及信息化管理,提高節水智能化管理水平。三是推動節水技術改造,推動采用高效節水工藝技術,因地制宜積極推廣空冷、閉式循環水系統等節水技術的應用。四是加強非常規水資源的開發利用。比如推進再生水和苦咸水的利用, 有效收集雨水等。

      

      第四,開展固體廢物污染特性調查,開發固廢大規模綜合利用途徑。一是對煤氣化、液化、煤制化學品等產生的各類固體廢物開展系統調查和分析,掌握各類煤化工固體廢物的主要物質組成特性、污染物含量,以及不同煤種對污染物物質組成特性、污染物含量的影響,為進一步開展現代煤化工固體廢物資源化和處置技術的可行性研究奠定基礎。


      責任編輯:宮在芹
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