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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

赛迪智库:黄河流域现代煤化工产业绿色低碳发展的建议

2021-09-26

  经过二十多年的发展,我国现代煤化工产业已初步形成体系齐全、集聚发展的整体格局,主要分布于黄河流域,具备了较为成熟的煤制油、煤制气、煤制化 学品的现代煤化工技术路线。在产业稳步发展的同时,碳排放量 大、水资源消耗过度、固体废物 堆积等资源环境问题也日益突出,并成为限制产业发展的主要因素。加快推动现代煤化工产业绿色低碳转型,既是破解产业环境困局的内在要求,也是落实黄河流域生态保护和高质量发展国家战略、履行碳达峰碳中和责任的必然途径。

  

  一、黄河流域现代煤化工绿色低碳转型形势紧迫

  

  近年来,我国现代煤化工产 业规模稳步发展,综合技术已达国际领先水平。从产能利用率 看,除煤制乙二醇为72.5%外,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。基于区域资 源禀赋优势,黄河流域的宁夏、 内蒙古、陕西、山西已成为我国 现代煤化工产业的主要集聚区。 据统计,所有的煤制油、85%的煤 制烯烃、50%左右的甲醇制烯烃项 目,均位于上述区域。

  

  第一,现代煤化工产业具有高碳属性,碳达峰碳中和倒逼其低碳转型。利用煤化工替代石油 化工生产化工产品,需要对H/C原 子比进行调整,煤炭的H/C原子比 为0.2~1.0,而石油的H/C原子 比为1.6~2.0,因此煤气化制甲醇和烯烃、煤液化以及煤间接液 化过程中都会排出大量的二氧化 碳。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。据统计,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%。按照1吨煤排放 2~3吨以上二氧化碳估算,未来3亿吨以上的二氧化碳排放问题 将成为产业可持续发展最大的约 束之一,从原理上讲这个排放不 可避免。随着我国碳达峰碳中和 “3060”目标的提出,现代煤化 工产业扎实履行碳达峰碳中和各 项工作,实现低碳转型,将成为 未来一段时期的重要任务。

  

  第二,现代煤化工产业用水量过度,黄河流域水资源无力承载。我国现代煤化工项目单位水 耗和规模体量均较大,目前煤制 油、煤制烯烃、煤制甲醇、煤制 乙二醇、煤制天然气单位产品取 水量分别约为9.4立方米/吨、20 立方米/吨、10立方米/吨、20.8 立方米/吨、8.6立方米/千标方。 据估算,黄河流域现代煤化工用 水总量约为5.3亿立方米/年;未 来5~10年,预计增至6.2亿立方 米/年。目前现代煤化工已成为黄河流域主要的工业高耗水行业。黄河流域具有资源型缺水特征,特别是黄河中上游现代煤化工产业集聚的宁夏、内蒙古、陕西、山西地区,水资源量仅占全国水资源的3.85%,人均水资源不足黄河流域人均水资源量的一半,且该区域约40%属于半干旱地区,现代煤化工项目节水势在必行。

  

  第三,现代煤化工产业固废堆存量大,黄河流域生态保护和高质量发展战略倒逼其绿色转型。现代煤化工生产过程会产生大量一般固体废物和危险废物,数量种类较多,包括煤气化渣、煤焦油、焦油渣、煤沥青、煤液化渣、废水处理污泥等,相对于废气的治理,固体废物的治理相对滞后。据统计,2019年现代煤化工四大基地之一的宁东基地固废综合利用率仅为31.7%,与国务院印发的《“十三五”生态环境保护规划》中到2020年全国工业固体废物综合利用率提高到73%的目标差距较大,国内最大的煤制烯烃项目灰渣综合利用率也只有10%。现代煤化工产生的固废大部分堆放到堆灰场,长期堆存对土壤和地下水存在潜在污染风险。2019年,黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略,2020年《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》已被审议通过,现代煤化工产业在固废排放处置方面将面临更严峻的考验。

  

  二、现代煤化工绿色低碳措施及工作难点

  

  第一, 部分企业已被纳入重点碳排放单位名单, 但减碳技术远不能满足碳减排需求。2020年,生态环境部印发《纳入2 0 1 9 — 2 0 2 0年全国碳排放权交易配额管理的重点排放单位名单》,多家现代煤化工企业位列其中,配额管理仅针对煤化工企业自备电厂发电排放环节。相比之下,现代煤化工生产过程的碳排放更甚,但生产过程碳排放暂未参与全国碳市场。现代煤化工碳排放具有排放源较集中、排放浓度较高的特点,生产过程中排放的二氧化碳容易得到富集,目前个别龙头企业已建成CCS示范项目或推动二氧化碳资源化利用技术,但亟需开发低成本、产业化、规模化的减碳技术。

  

  第二,执行废水“零排放”方案, 但实际运行过程难度极大。废水处理与再利用是煤化工节水的重要组成部分,环境政策倡导的废水“零排放”,能最大限度地处理和回用现代煤化工项目产生的各种废水,它也是部分煤化工项目所在地环境承载力差而必须采取的方案。煤化工装置排出的高浓污水污染物成分复杂,含有氮、氨、硫多种盐和酚等难降解的有机化合物,浓盐水处理是煤化工执行废水“ 零排放” 的关键环节。目前, 废水“零排放”在实际运行过程中处理难度大, 投资和运行成本较高。比如,某现代煤化工项目废水“零排放”投资占总投资的10%以上,由于增加了高浓盐水处理等环节,煤化工项目排放的吨废水处理成本远超一般污水处理成本,比如某项目的含盐废水处理成本高达50元/t以上。

  

  第三, 推进固废资源化利用,但大规模利用途径和市场亟需拓宽。现代煤化工项目在建设初期基本都考虑了将一般固废通过制砖、水泥实现资源化利用,综合利用处置途径较为单一。另外,由于西部地区经济发展水平有限,市场需求不足,致使综合利用率偏低。现代煤化工固体废物大都含有大量的多环芳烃等污染物,通过掺烧、作为化工原料等处理处置过程中的风险特征不明,风险控制节点不清楚,目前还无法实施科学有效的污染控制。

  

  三、几点建议

  

  第一,从绿色低碳角度优化存量、严控增量。一是对已建重点项目进行跟踪评价,全面评估各种工艺的碳排放、水耗及废弃物产生情况、污染防治措施治理效果,梳理和总结现有项目的经验教训,并以此为基础加快研究行业气化工艺、节水、碳减排、固体废物处置等领域的技术,加强不同技术间的耦合集成,提升现代煤化工技术水平和能源转化效率。二是新建现代煤化工项目应优先在水资源相对丰富、环境容量较好的地区布局,新上项目必须综合考虑水耗、碳排放、三废排放等控制要求,并采用先进的绿色低碳技术。

  

  第二,大力开发碳减排与资源化利用技术和工艺,制定行业达峰行动方案。一是研究二氧化碳捕集、利用与封存技术,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,前瞻性部署高效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。二是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的可再生能源优势,比如太阳能资源、高温核能等制取的低碳氢,耦合煤化工,部分替代煤制灰氢,大幅减少二氧化碳排放。三是尽快制定煤化工行业达峰目标和行动方案,从政策层面倒逼和引导现代煤化工产业低碳转型; 加强管控,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。

  

  第三,加大对废水处理技术和装备的扶持力度,推动节水试点建设。一是利用财政手段鼓励企业研发、引进和使用先进适用的节水技术、工艺和设备,鼓励企业和工业园区阶梯式循环利用高盐废水或开展高盐水深度处理,降低企业和工业园区的高盐废水治理成本。二是组织现代煤化工行业开展节水企业建设试点工作,试点应涵盖节水技术普及、节水管理、节水意识树立等方面,创新节水管理模式,实现节水管理水平及效益提升,加强用水计量及信息化管理,提高节水智能化管理水平。三是推动节水技术改造,推动采用高效节水工艺技术,因地制宜积极推广空冷、闭式循环水系统等节水技术的应用。四是加强非常规水资源的开发利用。比如推进再生水和苦咸水的利用, 有效收集雨水等。

  

  第四,开展固体废物污染特性调查,开发固废大规模综合利用途径。一是对煤气化、液化、煤制化学品等产生的各类固体废物开展系统调查和分析,掌握各类煤化工固体废物的主要物质组成特性、污染物含量,以及不同煤种对污染物物质组成特性、污染物含量的影响,为进一步开展现代煤化工固体废物资源化和处置技术的可行性研究奠定基础。


  责任编辑:宫在芹
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