引言
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活需要提供了大量的原料、材料及終端用品，是我國化工產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。在當(dāng)前全世界推動實現(xiàn) “雙碳”目標(biāo)及全國實施嚴(yán)格 “能耗雙控”大背景下，產(chǎn)業(yè)也面臨著巨大的碳減排壓力。2020年，我國化工產(chǎn)業(yè)總計碳排放約13億t，其中現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)(含煤制甲醇)排放約3.2億t，占化工產(chǎn)業(yè)碳排放的24.6%。2020年9月，習(xí)近平總書記視察榆林化工時指出 “煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大、大有前途”。現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)未來要在兼顧資源、能源、環(huán)境綜合影響的前提下走綠色低碳發(fā)展道路，同時尋求經(jīng)濟高效的降碳技術(shù)措施顯得尤為必要。現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)碳排放源相對集中，工藝過程排放濃度高，更易于實現(xiàn)捕集利用，開展煤化工產(chǎn)業(yè)碳捕集利用探索為保障產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的低碳發(fā)展提供了可能。
一、現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)碳排放特點
1、排放量
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)噸標(biāo)煤碳排放強度相較于火電約低30%，工藝過程排放CO?濃度一般超過85%。據(jù)石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院統(tǒng)計，2020年我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)(含煤制甲醇)CO?總排放量約3.2億t，約占化工產(chǎn)業(yè)的22.5%。
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)碳排放主要包括工藝排放和燃燒排放。從排放量看，工藝過程排放占56%~67%，動力中心燃燒排放占33%~44%，不同產(chǎn)品方向和項目均有差異。從濃度看，工藝碳排放濃度總體超過85%，燃燒碳排放濃度12%~13%，筆者根據(jù)國內(nèi)典型現(xiàn)代項目實際排放統(tǒng)計，噸標(biāo)煤排放強度為2.0~2.4t,萬元增值排放濃度為19~38t/萬元。相較于火電行業(yè),現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)碳排放濃度更高，單位標(biāo)煤排放強度下降30%以上，現(xiàn)代煤化工與火電碳排放情況對比見表1。
表1 現(xiàn)代煤化工與火電碳排放情況對比
2、不同現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)方向碳排放對比
不同煤化工產(chǎn)品方向碳排放水平存在差異，主要由于不同氣化工藝 (不同氣化工藝合成氣組分差異)、凈化工藝 (完全變換和部分變化有差異，同類型工藝不同工藝商也有差異)及合成工藝 (不同合成方向?qū)O/H?有差異)、動力中心規(guī)模 (自發(fā)電比例不同)，引起CO?排放源的濃度和強度變化，典型現(xiàn)代煤化工方向項目CO?排放情況對比見表2。
表2 典型現(xiàn)代煤化工方向項目CO2排放情況對比
注：(1)數(shù)據(jù)來源為國內(nèi)典型現(xiàn)代化工項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)；
(2)上述項目工藝排放為未設(shè)CO?產(chǎn)品塔排放，對于設(shè)有CO?濃縮產(chǎn)品塔的項目尾氣排放濃度基本可達(dá)95%~99%；
(3)噸產(chǎn)品排放強度為生產(chǎn)噸主產(chǎn)品排放的CO?量，噸標(biāo)煤排放強度為工業(yè)生產(chǎn)過程中消耗噸標(biāo)煤煤炭排放CO?的量。
3、源匯匹配性分析
現(xiàn)代煤化工項目開展捕集封存的源匯條件匹配性好。中國科學(xué)院武漢巖土所對我國陸上CO?咸水層封存場地的適宜性從地下儲蓋層基本條件、活動斷層、地表敏感性目標(biāo)、工程封存容量、注入性、安全性與經(jīng)濟性、社會規(guī)范等方面進(jìn)行了系統(tǒng)評估。次盆地尺度的場地適宜性研究結(jié)果表明，較為適宜的場地包含新疆塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地等盆地內(nèi)的潛在場地，總封存容量潛力超過1.5萬億t(陸上總?cè)萘?.4萬億)。而當(dāng)前現(xiàn)代煤化工項目聚集的鄂爾多斯基地、寧東基地、榆林基地、新疆準(zhǔn)東基地，區(qū)位完全納入上述適宜封存的咸水層場地內(nèi)，絕大多數(shù)現(xiàn)代煤化工項目與封存場地的源匯匹配性非常好，各項目周邊250km內(nèi)均存在可開展規(guī)模化封存的適宜場地。
二、現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)推進(jìn)CCUS項目過程中存在的主要問題
1、經(jīng)濟性問題
煤化工工廠捕集成本(含壓縮)整體低于火電捕集項目接近100元/t以上，目前現(xiàn)代煤化工項目低溫甲醇洗工段工藝過程排出的CO?濃度(接近85% ~90%)，遠(yuǎn)高于火電項目(12%~14%)。煤化工項目碳捕集主要需要對現(xiàn)有較高濃度CO?尾氣進(jìn)行進(jìn)一步的精餾、提純、加壓，而火電項目需要通過低濃度溶解吸收、解析、加壓過程，成本更高。煤化工項目的CO?捕集提純達(dá)到封存利用條件(99%以上)的可變成本為100~150元/t。國內(nèi)火電廠15萬t/a的CCS項目與某煤制油廠10萬t/a的CCS項目單位CO?捕集成本對比見表3。
表3 典型燃煤電廠與煤制油項目CO2捕集成本對比
煤化工項目實施碳捕集對產(chǎn)品經(jīng)濟性影響較大。在不考慮碳交易情景下，以典型煤制烯烴項目為例，噸產(chǎn)品CO?排放約為10.5t(其中低溫甲醇洗工段排放約5.8t)，低溫甲醇洗工段CO?捕集成本按照120元/t測算，則生產(chǎn)噸烯烴的CO?捕集成本約為696元(約在60美元價格體系增加成本8%)。未來如果考慮碳交易，在對低溫甲醇洗尾氣CO?完全捕集情景下，全廠總體碳排放下降約為53.2% (以煤制烯烴為例)，在不同碳交易情境下，可認(rèn)為富余的碳指標(biāo)可以到碳市場進(jìn)行交易(碳交易價格取100元/t)，如在5%情景(國家給予95%免費配額)、20% (國家給予80%免費配額)、50%(國家給予50%免費配額)下，認(rèn)為分別有48.2%、33.2%、3.2%的碳配額富余指標(biāo)可以出售。未來如果實施碳交易，在不同交易情境下，噸產(chǎn)品的成本增加不同，但總體來看，對現(xiàn)代煤化工的經(jīng)濟性影響較大。工藝尾氣CO?捕集情景下單位聚烯烴成本見表4。
表4 工藝尾氣CO2捕集情景下單位聚烯烴成本
2、技術(shù)問題
現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)開展CCUS技術(shù)問題主要體現(xiàn)在以下2個方面。
(1)多數(shù)煤化工項目沒有配置CO?產(chǎn)品塔，捕集封存需要增加提濃壓縮設(shè)施。煤化工工藝過程的碳排放濃度為85%~91%，要達(dá)到封存利用的標(biāo)準(zhǔn)(99%以上)，需要進(jìn)一步提濃。目前，除了寧煤間接液化煤制油、包頭煤制烯烴等少數(shù)項目外，我國多數(shù)煤化工項目 (尤其是早期規(guī)模較小的煤制甲醇及合成氨項目)均沒有配置CO?產(chǎn)品塔。鄂爾多斯煤直接液化制油則采用了精餾的手段提濃，但成本較高，未來大規(guī)模工業(yè)化捕集還需要進(jìn)一步探索工藝，驗證可行性。
(2)碳捕集的能耗還有待下降，需結(jié)合煤化工工藝過程統(tǒng)籌考慮。現(xiàn)代煤化工項目大多采用低溫甲醇洗工藝脫除合成氣中的酸性氣體(包括CO?)，再通過純化技術(shù)將CO?濃度提高到適合封存和利用的水平，目前這2個工段的能耗較高(噸CO?耗電約150kW·h)，這也是碳捕集成本較高的主要原因，需要通過整體優(yōu)化，進(jìn)一步降低碳捕集成本。
3、機制和政策問題
目前存在的機制和政策問題主要體現(xiàn)在以下3個方面。
(1)缺乏CCS項目相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)項目清晰的法律、法規(guī)監(jiān)管機制。目前歐盟、美國、澳大利亞等主要CCS技術(shù)的主要倡導(dǎo)國家和地區(qū)已出臺了相應(yīng)的碳捕集與封存指南，而我國尚處于探索階段，缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且相應(yīng)項目未納入法律法規(guī)監(jiān)管體系。在實施過程中核準(zhǔn)程序、工程監(jiān)督檢查、環(huán)境影響評估、項目監(jiān)測、事故應(yīng)急響應(yīng)和場地關(guān)閉管理等方面存在一定的審批、監(jiān)管困難。
(2)針對化工行業(yè)CCS項目的能耗指標(biāo)、金融、稅收等激勵政策有待落地。在全國 “雙碳”疊加 “雙控”背景下，未來對煤化工行業(yè)的碳排放監(jiān)管將日趨收緊。而實施CCS等碳減排項目勢必將增加相關(guān)能耗，現(xiàn)行能耗制度對CCS項目開展存在制約。更重要的是若要加速推動CCS商業(yè)化步伐，需要充分借鑒美國“45Q稅收法案”形成符合我國國情的CCS稅收優(yōu)惠和補貼激勵政策。
(3)在CCS探索階段存在一定的地方制度障礙。國內(nèi)目前存在部分CO?封存、驅(qū)油利用等示范性項目，由于不同地區(qū)對CCS相關(guān)項目的管控力度有所差異，部分地區(qū)對類似項目導(dǎo)向尚不明確，在CO?跨省運輸、管道敷設(shè)、監(jiān)管評估等方面工作實施推動過程存在一定的政策性障礙，有待抓緊制定與發(fā)布。
文章來源：陶怡,王強,田華,等. 現(xiàn)代煤化工項目 CCUS減排路徑問題分析[J].中國煤炭,2023,49(2):103-108.DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.02.013
電話：18191851990
