发布机构: 山西省科学技术厅 发布日期: 2022-01-13 16:28:57

樊卫斌:“双碳”目标下煤化工发展的挑战与机遇

一、引言

“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,勾画了中国未来绿色低碳转型发展蓝图。2020年12月,中央经济工作会议上将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2021年八项重点任务之一。“双碳”战略目标的制定充分展示了中国绿色发展的决心,同时也对未来能源消费结构提出了巨大挑战,能源革命势在必行。2021年10月,习近平总书记视察山东时更是明确指出:“中国作为制造业大国,要发展实体经济,能源的饭碗必须端在自己手里。”基于此,如何推动我国经济发展方式的转变和产业结构的转型升级成为亟待解决的问题之一。

二、煤化工发展的挑战与机遇

目前,煤炭在我国能源消费结构中占比55%以上,用量达28亿吨标煤。未来20年,我国能源结构仍将是“富煤、缺油、少气”,煤炭在相当长时期内仍将是我国现代能源体系的“稳定器”和“压舱石”。2021年9月,习近平总书记在陕西榆林考察时强调,煤炭作为我国主体能源,要按照绿色低碳的发展方向,对标“碳达峰、碳中和”目标任务,立足国情、控制总量、兜住底线,有序减量替代,推进煤炭消费转型升级。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。习近平总书记的讲话不仅表明了我国要想如期实现“双碳”目标,必须在产业结构、能源结构转型方面继续深入推进,同时也为煤化工未来的发展指明了方向。

在“双碳”目标的重大战略背景下,煤化工产业既面临重大挑战,同时又是一次很好的发展机遇。近年来,我国在煤化工领域的发展全球瞩目,突破了煤炭资源清洁高效低碳转化一系列关键核心技术,有效降低了能耗和成本,为煤化工产业升级换代提供科学技术支撑。譬如:

在煤炭间接液化研究领域,已经形成了以提高能效、节约资源为目标的煤制油集成技术。2016年神华宁煤400万吨/年煤制油工程项目(全球单体规模最大)成功全流程贯通和满负荷运行,系统能效达到43%,标志着我国已经完全拥有了具有自主知识产权的百万吨级煤炭间接液化工程的核心技术,且水平处于世界领先。这一重大技术为保障国家能源战略安全奠定了坚实基础。

在煤制化学品研究领域,通过对C-H/C-O键活化、C-C键形成、C链增长机制及催化剂构效关系的研究,发展了调控催化剂活性中心分布和反应路径的方法,形成了甲醇制汽油、丙烯、芳烃、碳酸二甲酯和聚甲氧基二甲醚,及合成气制长链α-烯烃和混合醇等技术,完成了一系列百吨/千吨级中试试验。其中,一步法甲醇制汽油技术实现了20万吨级工业化应用,突破了埃克森美孚、克莱恩等公司的技术垄断。

在碳捕集和转化利用(CCUS)研究领域,完成了CO2吸附捕获材料制备及捕集过程的规模化放大及CO2加氢制甲醇、CO2合成多官能度环状碳酸酯的中试试验。全球首套5万吨/年尿素与甲醇间接制备碳酸二甲酯工业示范的完成,使该技术的大规模推广应用成为可能。该技术路线具有原料价廉易得、反应条件温和、清洁环保和成本低等优点,是我国煤化工企业多年来一直关注的转型升级选项之一。

三、未来煤化工发展思路

煤化工企业要想在新常态下有所作为,就应当把握大趋势,做好战略转型。将战略着眼点进一步聚焦“双碳”目标,面向国家能源安全重大战略需求、面向国民经济主战场,以节能降耗、提质增效为主线,弱化煤炭作为能源的属性、增强其作为碳资源的属性,将煤化工、煤燃烧、焦化与钢铁、水泥和冶金等高耗能行业集成融合发展,重点开展煤制特种燃料、可降解塑料、高端化学品、炭材料和CO2高值转化等技术研发。主要包括:

(1)开发温和加氢液化和新一代煤间接液化关键技术,实现温和加氢液化与间接液化技术有效耦合,重点突破煤基超清洁汽、柴、航煤、高端润滑油和特种燃料制备技术,实现我国石油资源的有效补充和替代,在现有间接液化基础上,系统能效提高8–12个百分点,CO2减排20–40%。

(2)强化煤基高分子材料单体及含氧化学品制备技术研发,包括α-烯烃、异丁醇、碳酸二甲酯及可降解高分子材料聚合单体丁二醇、丁二酸及乙醇酸酯合成等。

(3)开展煤炭分级分值转化利用、煤资源化制备多元化功能材料,拓宽煤炭作为优质含碳资源的应用,开发大规模富产甲烷煤气化和煤与CO2耦合气化技术。

(4)攻关煤焦油、焦炉气和高炉气耦合转化技术,攻克规模化高效电解水制氢技术,开展煤基重质产物制备沥青碳纤维、多孔炭材料、脱硫脱硝活性焦以及功能沥青技术研发,突破煤基材料规模化高端化制备技术瓶颈,实现焦化-钢铁产业近零碳排放。

(5)重点布局CCUS相关的前瞻性项目,主要包括:低成本规模化乏风气催化氧化、CO2捕集利用技术、CO2矿化制纳米碳酸钙及制碳酸二甲酯和环状碳酸酯等。

(6)加强低成本、大规模“废气、废水、废渣”三废处理与资源化利用技术开发,通过系统集成实现煤化工过程近零污染物排放。

(7)充分利用信息技术、互联网、大数据等,加强能源与智能技术深度融合,全面智慧发展。



供稿人:樊卫斌,中国科学院山西煤炭化学研究所,副所长/研究员


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