煤化工|煤化工在“碳中和”历程中不可或缺

刘振宇
世界上提出“碳中和”目标的120余个国家绝大多数以2050年为限,包括欧盟、美国、日本、加拿大和巴西等,仅我国和哈萨克斯坦以2060年为限 。尽管我国“碳中和”目标晚于大部分国家,但却最为艰难 。这不仅因为我国能源结构以煤为主,还因为我国是发展中国家,必须在发展中减碳 。
大量分析表明,若依照常规思路和现有技术体系及水平,我国“碳中和”目标很难如期实现,唯有通过广泛而深刻的产业和技术变革,切实谋划才有可能实现 。在这一历程中,化石能源及石油化工和煤化工领域的科技工作者要改变思路、加强创新,避免运动式减碳 。
煤化工需求仍将持续
与大多数国家不同,我国“碳中和”进程还包括2030年前“碳达峰”,目的是保障发展中减碳,从而在现有和未来的能源结构及技术体系之间实现柔性的可持续转变 。因此,煤炭和煤化工技术将在“双碳”进程中发挥重要作用 。
世界银行数据显示,我国二氧化碳排放将在2030年前达到峰值;目前煤炭消费量已经达峰,并在直线下降;石油消费量将在2030年前后达峰,然后缓慢下降,但2040年的消费量与2020年相当;天然气消费量将有所增长,2040年消费量将是2020年的2倍左右,然后开始下降 。至2060年,我国化石能源消费比重将不高于20%,煤炭消费比重约为2%左右 。
虽然目前各个来源的能源消费预测数据不尽相同,但2040年前后的预测数据差别不大,即未来20年,我国能源结构仍将是“富煤、缺油、少气”,这正是我国过去发展煤化工技术的前提 。因此,我国社会可持续发展和国家能源安全对煤化工技术的需求在未来20年仍然存在,煤化工领域的节能减排将对二氧化碳减排做出重要贡献 。
新型煤化工技术全球瞩目
煤化工一直是我国的重要工业分支,传统煤化工中的焦化支撑了冶金业和碳基材料的发展,基于煤气化的化肥生产支撑了粮食增产,基于煤焦和煤电的电石生产支撑了聚氯乙烯(PVC)等聚合物材料的发展 。
本世纪以来,我国新型煤化工技术的发展全球瞩目 。2000~2010年间实现了零到一的突破,煤直接和间接液化制油和化学品、煤经甲醇制烯烃等世界一流技术成功实现了产业化 。这些技术经过2010~2020年的发展,具备了替代5%进口石油的能力,预计未来10年左右将具备替代10%进口石油的能力 。
煤化工不仅为国家能源安全和经济发展做出重要贡献,而且推动了我国制造业的发展、提升了现代工厂的管理能力、培养了大批高水平工程技术人员和科研工作者,并提升了综合国力 。
在“碳中和”历程中,大力发展风电、光伏、水能等可再生能源是必然趋势,但这些能源的间歇性和不稳定性难以满足可持续发展的要求 。在核能规模受资源约束、储能技术尚未完善、成本和规模不足的情况下,化石能源需要承担托底的重任,包括煤的高效清洁利用 。
但从更长远看,比如2040年后,可再生能源技术水平显著提高,利用规模大大增加,全球大部分国家接近“碳中和”,石油和天然气利用份额将显著降低,国际石油和天然气贸易规模将大减,进口油气将不再成为我国的能源安全问题,由煤制取燃料的需求将会显著减小甚至消失 。然而,煤炭作为低成本的天然芳烃资源将继续在化学品和材料生产中发挥重要作用,特别是与绿电和绿氢耦合的零碳高效化学品生产技术 。
做出更多改变
能源约束的社会要求将碳原料吃干榨净,而“碳中和”约束的社会要避免富碳产物的燃料利用,将提取油气后的煤焦和生物焦等作为固碳物质贮存,或用于生产化学品和环保材料,这将更加符合“碳中和”要求 。

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