“碳中和”背景下现代煤化工的发展

“碳中和”背景下现代煤化工的发展

马万里   李玉群   樊艳艳

河南弘润化工有限公司   河南省三门峡义马市   472300

摘要：煤化工是以煤炭为原料，经化学加工使煤转化为其他形式的能源与化工产品的过程，包括2个环节，即煤炭转化和后续加工。根据产业发展程度和发展成熟度，将煤化工划分为传统煤化工和新型煤化工。不同于传统煤化工生产甲醇、合成氨、电石气制PVC等高耗能、高污染的生产模式，新型煤化工依靠煤气化和液化技术生产石油类产品及甲醇，进而由甲醇合成烯烃、芳烃及乙二醇等其他化工产品，是一种将煤炭与化工深度融合的工业化生产技术。

关键词：现代煤化工；碳中和；二氧化碳；碳排放

引言

目前，世界各地能源均呈现出多极化发展趋势，我国煤化工产业生产规模日渐扩大。为从根本上提升煤化工行业在生产经营建设期间的综合效益，积极优化新型煤化工技术方案，加强煤化工生产过程管控力度，确保煤化工产业能够在推动地区经济发展，缓解城市建设能源紧张问题中发挥出重要作用。

1我国现代煤化工产业的价值

在我国的能源构成中，煤炭占据重要比重。据2021年“第二届国际工业与能源互联网创新发展大会”信息，我国能源结构中，煤炭占比从2012年的68.5%降至2020年的56.8%，年均递减1个多百分点。即使如此，煤炭依旧在能源结构中占据半壁江山，短期内不易从根本上改变。如果考虑到我国油气资源对外依存度高，容易受国际政治环境的影响，国家能源安全存在不确定因素，在现阶段煤炭在国家能源结构中的地位仍不可低估，比重不宜过低。因此发展我国的现代煤化工产业，可以显著减少煤炭污染，科学有效利用我国丰富的煤炭资源，在保障国家能源安全的作用不容忽视。

2现代煤化工产业发展现状

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，并正在加快推进内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、宁夏宁东和新疆准东4个现代煤化工产业示范区建设。截至2021年，煤制油、煤制天然气、煤（甲醇）制烯烃、煤制乙二醇产能规模分别达到823万吨/年、61.25亿立方米/年、1672万吨/年、803万吨/年，产能利用率分别为82.6%、72.7%、94.2%、40.2%，并创新发展了煤制乙醇、煤制生物可降解材料等产业。2021年，我国煤制油、气、烯烃、乙二醇等四大类主产品总产量约为2896万吨，折原油当量达到3000万吨级，已成为实现油气资源和石化原料多元化的重要途径之一。与此同时，我国已成功掌握大型煤气化、煤直接液化、费托合成、甲醇制烯烃、煤制乙二醇的核心工艺，并成功开发了大型气化炉、大型空分装置、大型合成反应器等具有自主知识产权的关键设备，整体设备国产化率达到95%以上。然而，随着现代煤化工产业的不断布局和发展，也逐渐暴露出整体经济效益差、终端产品结构不尽合理、生态环保压力大等问题，特别是在“双碳”目标下，现代煤化工被视为高耗能、高排放产业，限制了其进一步发展。

3“碳中和”背景下对现代煤化工产业发展的建议

3.1在碳源头上开发高效循环利用技术

煤炭具有稠环芳烃结构，具有高碳氢比、高灰分和高水分特征，相比于石油基能源存在先天不足。产品特性由于原料和生产工艺不同，煤基油品与石油基油品性质差异很大，具体如表1所示。从源头上提高煤炭的能源利用率，减少碳排放的中间过程，才能赢得未来的市场份额。美国GreatPointEnergy公司开发的“蓝气技术”实现了一步法煤制天然气工艺过程。在一个加压流化床反应器中同时发生气化、水煤气变换和甲烷化3种反应，从根本上改变了传统煤制甲烷工艺中需经过CO的变化过程而产生大量CO2的弊端。清华大学张建胜等研究以CO2作为雾化介质的两段式气化技术，通入CO2可以降低连续气化炉喷嘴附近的温度，O2分级加入能够提高炉内平均温度。采用CO2雾化介质的分级气化炉在合成气有效成分、碳转化率等方面普遍优于普通气化炉。两段式气化技术最大的亮点是CO2返炉转化成CO，既提高了资源利用效率，又减少了碳排放。

表1不同来源石脑油性质对比

3.2优化整体产业

我国现代煤化工产业的高质量发展需要在煤化工产业的运行中实现，在我国现代煤化工产业的运行中，想要实现“双碳”目标，并且在实际运行中提升煤化工产业的质量，需要对产业全方面进行改进。首先要控制好煤化工产业生产中排放出的“三高”，避免其对周边的环境造成污染。其次是要注意其产业链以及产业结构的优化升级。因为煤化工产业传统生产过程中，其并未对生产各个步骤中煤炭以及副产品进行充分的利用。因此需要延伸煤化工产业的产业链，将煤化工产业中生产出来的相关物质进行处理，丰富煤化工产业自身结构的质量。比如在煤制乙醇中，其自身产品的结构就比较单一，并且其产品质量附加值也并不高。因此需要将其产业链延伸，提升煤制乙醇质量，促进煤化工产业的进一步发展。在煤制乙醇的过程中，其会产生副产品，相关企业以及单位可以将煤制乙醇生产过程中的副产品进行加工，将其进行提纯优化，使其质量能够达到电子品质级别，进而形成除了乙醇之外的其他产品。这种情况下对煤制乙醇的产业链的延伸就能够提升其自身的产品种类结构以及产品质量，进而保证其能够在使用过程中实现高质量发展。

3.3培育龙头企业，扩大产业规模

大力培养对煤气、煤焦油进行初级加工的煤化工龙头企业，支持和帮助企业做大做强，带动下游企业多元发展，延长煤化工产业链。在此基础上，打破笼统的行政区划，鼓励大企业异地建设煤化工项目，由省政府牵头制定异地投资的税收优惠政策，实现资源的高效利用，为煤化工产业的发展提供长期可持续发展的必要条件。

3.4新型煤化工人工智能技术

将人工智能技术应用在煤化工产业生产环节，也能够从根本上提升实际生产期间的整体管控效果。具体来说，煤化工生产期间，人工智能技术主要包括专家系统、神经元系统、模糊系统等多种类型，可以对生产全过程进行严格管控。专家系统被应用在煤化工电气仪表以及回路控制环节，可以对生产设备期间存在的各类故障问题进行全面监控以及诊断。如在大型生产机械设备故障诊断过程中，可以将人工智能技术使用在催化反应装置故障运行以及诊断环节，对催化剂故障进行及时预警处理。在煤化工生产环节也可以使用神经元网络控制技术管控较为复杂的线性生产环节，进一步构建起非线性模型。当前神经元网络控制技术可被细致划分为前向网络控制、反向传播算法两种方式，属于映射网络体系。在构建神经元网络监控系统过程中，内部还包括隐含层、输入层与输出层。其中，隐含层可以接近实际生产环节技术参数的连续函数值，可以从根本上提升煤化工实际生产期间的数据处理效果。煤化工生产环节的模糊控制技术手段就是通过使用模糊控制理论，分析生产期间的线性经验，进一步优化实际生产流程，增强煤化工生产环节的可控性水平。

结束语

我国现代煤化工产业想要实现“双碳”目标，不仅需要对产品方面进行改进，还需要对能源以及技术方面进行改进。在改进过程中，需要控制好煤化工产业中能源的使用方式，将其与其他能源产业结合起来，并且提高产品质量以及产品结构，对副产品以及部分有害物质进行处理，以保证我国现代煤化工产业的绿色高质量发展，实现“双碳”目标。

参考文献

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