典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)碳達峰碳中和的思考

張玉鴻

（中國石化長城能源化工有限公司，北京 100020）

當前，為應對能源安全和氣候問題，節(jié)能減排已經(jīng)成為全球共識，世界各國陸續(xù)提出“碳中和”目標。研究表明，我國已成為全球溫室氣體排放量最大的國家，2020年碳排放總量達到98.99億噸，占全球碳排放總量的30.7%，遠超其他地區(qū)[1]。為遏制全球暖化趨勢，必須大幅減少碳排放，逐步實現(xiàn)碳中和。2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向國際社會作出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的莊嚴承諾。此后，習近平總書記在不同場合多次進行了深入闡述，國家層面也密集出臺相關政策文件積極推進碳達峰碳中和。現(xiàn)代煤化工作為我國近年來為保證國家能源安全、實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的新興行業(yè)，具有高耗能高碳排的特點，其實現(xiàn)碳達峰碳中和對我國實現(xiàn)“雙碳”目標意義重大[2]。

1 典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)碳排放現(xiàn)狀

煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術結合，可形成煤炭—能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。該文以已經(jīng)投產(chǎn)的煤制甲醇和煤制烯烴等國家示范項目建設的三家典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)碳排放現(xiàn)狀為例進行分析探討。

1.1 排放總量與排放強度

典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)的高碳排特點從圖1和圖2可以看出。圖1中，2020年三家企業(yè)碳排放總量達到2 624萬噸二氧化碳當量。按照國家碳排放權交易管理辦法的規(guī)定，年度溫室氣體排放量達到2.6萬噸二氧化碳當量的溫室氣體排放單位列入溫室氣體重點排放單位[3]，三家企業(yè)分別達到重點排放單位基準值的274倍、467倍和268倍。圖2中，2020年三家企業(yè)綜合碳排放強度為14.54噸/萬元。根據(jù)中國碳排放數(shù)據(jù)庫（CEADs）2018年數(shù)據(jù)，全國碳排放強度為1.152噸/萬元，三家企業(yè)綜合碳排放強度為其13倍。

圖1 典型煤化工企業(yè)2020年碳排放總量

圖2 典型煤化工企業(yè)2020年碳排放強度

1.2 排放結構

遵循國際標準ISO-14064，對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中可能排放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFC）、全氟化碳（PFC）和六氟化硫（SF6）6種溫室氣體進行檢測。結果顯示檢測到除PFC外的5種溫室氣體。如表1所示，某現(xiàn)代煤化工企業(yè)2020年712.6 053萬噸碳排放中，直接排放的固定排放源占64.67%，制程排放源占35.31%，二者產(chǎn)生的碳排放占碳排放總量的99.98%。統(tǒng)計結果顯示，其它現(xiàn)代煤化工企業(yè)也有類似特點。

表1 某現(xiàn)代煤化工企業(yè)2020年碳排放情況統(tǒng)計表

2 實現(xiàn)“雙碳”目標現(xiàn)狀分析

2.1 國家實現(xiàn)“雙碳”目標時間緊，但重視程度高

我國“雙碳”目標比《巴黎協(xié)定》2 ℃溫升控制目標下全球2065—2070年左右實現(xiàn)碳中和的目標提前。同時，西方發(fā)達國家工業(yè)化進程長達200年，中國只有60年左右；西方國家用200年實現(xiàn)的碳達峰，我國2030年就要實現(xiàn)。另外，從碳達峰到碳中和，美國從2007年到2050年間隔43年，歐盟間隔71年，而中國只有30年。因此，無論達峰還是中和，時間都非常緊迫。

為實現(xiàn)碳達峰碳中和，國家層面高度重視，密集發(fā)文制定時間表、路線圖和實施方案，明確了主要的階段性目標[4-8]。到2025年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系初步形成，重點行業(yè)能源利用效率大幅提升。單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2020年下降13.5%；單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020年下降18%；非化石能源消費比重達到20%左右。到2030年，經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型取得顯著成效，重點耗能行業(yè)能源利用效率達到國際先進水平，二氧化碳排放量達到峰值并實現(xiàn)穩(wěn)中有降。單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗大幅下降；單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上；非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上。到2060年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上，碳中和目標順利實現(xiàn)。

2.2 企業(yè)技術方面問題較多，但方向明確

2.2.1 關鍵碳減排技術儲備不足

研究表明，為確保我國2060年實現(xiàn)碳中和，2030年前應實現(xiàn)能源活動二氧化碳排放達峰且峰值水平控制在105億噸以內(nèi)；2060年能源活動二氧化碳排放量控制在5億噸以內(nèi)，非二氧化碳溫室氣體和工業(yè)過程排放控制在10億噸左右，碳匯和碳移除等技術實現(xiàn)負排放15億噸左右。然而，目前先進節(jié)能降碳技術還不能滿足“雙碳”目標的需要。2025—2035年，碳排放強度的大幅下降亟需低碳、零碳技術支撐，2035年后實現(xiàn)深度減碳，更需要低碳、零碳及負碳新技術儲備。近年來，盡管在光伏、地熱、二氧化碳回收利用及二氧化碳驅(qū)油等方面取得了一定進展，但低碳技術尚不足以支撐實現(xiàn)碳中和目標，亟需開展關鍵低碳核心技術研發(fā)攻關和推廣應用。

2.2.2 現(xiàn)代煤化工企業(yè)實現(xiàn)碳中和難度較大

從典型煤化工企業(yè)碳排放結構數(shù)據(jù)可知，其碳排放主體一是固定排放源，如燃煤鍋爐直接燃燒產(chǎn)生的溫室氣體排放。二是制程排放源，如煤制甲醇過程中的煤氣化和變換反應產(chǎn)生的二氧化碳排放[2]。煤化工企業(yè)碳排放總量大、強度高，調(diào)整產(chǎn)品結構、生產(chǎn)碳氫比高的醋酸等產(chǎn)品，雖然可以一定程度降低排放強度，但排放總量仍然很大。盡管煤化工企業(yè)實現(xiàn)碳中和難度較大，但節(jié)能降碳的方向很明確：一是減少固定排放源產(chǎn)生的排放，如綠色能源替代；二是減少制程排放產(chǎn)生的碳排放，如通過流程再造，采用綠色生產(chǎn)工藝。煤化工企業(yè)如果2020年固定排放和制程排放能減少80%，則碳排放總量將下降到126萬噸，這就是煤化工企業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的方向。

2.2.3 現(xiàn)有標準規(guī)范還不能滿足“雙碳”目標的需要

新建項目需要嚴格控制能耗總量和碳排放總量，前期設計階段要將先進成熟節(jié)能降碳技術推廣應用到位、節(jié)能降碳措施落實到位，但目前設計標準還無法滿足這一要求。同時，碳足跡核算也沒有統(tǒng)一標準規(guī)范，不同機構核算出的結果存在較大差異。如某企業(yè)委托第三方機構核算出某年度聚乙烯、聚丙烯碳足跡為10.6 tCO2e/t和10.2 tCO2e/t，而在另一機構核算出該年度聚乙烯、聚丙烯碳足跡為5.1 tCO2e/t和2.9 tCO2e/t。

2.2.4 現(xiàn)代煤化工企業(yè)自身碳資產(chǎn)管理基礎還比較薄弱

煤化工企業(yè)自身的碳資產(chǎn)管理體系，如組織機構、制度建設、管理標準、人員配備、專業(yè)人才隊伍培養(yǎng)等方面，同實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的需要還存在較大差距。另一方面，企業(yè)缺乏具備足夠碳（交易）經(jīng)驗的專業(yè)人才，如何管理好碳資產(chǎn)，通過碳交易實現(xiàn)降本減費是一個全新的課題。

3 實現(xiàn)“雙碳”目標基本途徑

根據(jù)節(jié)能降碳管理經(jīng)驗，結合國家碳達峰碳中和的要求，總結出了煤化工企業(yè)實現(xiàn)雙碳目標的基本途徑?；舅悸肥且試姨歼_峰碳中和為契機，以碳排放管控為抓手，提升規(guī)劃發(fā)展和生產(chǎn)管理水平，優(yōu)化產(chǎn)品結構，降低物耗能耗，應用碳捕集、碳利用與封存技術等。主要從三個方面入手：一是前端控制，在項目前期論證設計階段確保低碳；二是中端減排，在生產(chǎn)過程中采取各種技術和管理措施減少碳排放；三是末端治理，對碳排放進行處置。

3.1 前端控制

建設項目前端控制很關鍵。某煤化工項目在設計階段通過采用以汽定電原則配備鍋爐、汽驅(qū)改電驅(qū)、優(yōu)化汽化爐產(chǎn)能等措施優(yōu)化后，年碳排放總量下降100萬噸以上。相比建設100萬噸/年CCUS項目的投入，性價比很高。

3.1.1 加強項目源頭管控

嚴格新建投資項目能耗總量和強度指標審核，項目能效水平滿足政府“雙控”管理要求的同時，要達到行業(yè)乃至世界先進水平。加強新建項目碳排放總量和強度指標審核，嚴格控制碳排放指標；加強項目前期管理，按照項目類別，落實各級管理主體責任，嚴控碳排放增量。

3.1.2 加強項目設計管理

項目前期設計階段確保先進成熟節(jié)能低碳技術推廣應用到位、節(jié)能降碳措施落實到位，碳排放指標達到行業(yè)乃至世界領先。開發(fā)、應用高效綠色低碳催化劑等領先技術，大幅度降低物耗能耗。

3.2 中端減排

3.2.1 加強能力建設規(guī)范管理行為

首先要建立碳資產(chǎn)管理組織機構，明確專管部門，配備專管人員，制定制度流程，組織制度培訓，開展碳排放數(shù)據(jù)管理專項檢查，規(guī)范碳排放數(shù)據(jù)質(zhì)量管理，提高核算準確度。其次要應用國際標準和國家行業(yè)指南核算溫室氣體排放量，按要求填報碳排放系統(tǒng)、編制碳排放報告、監(jiān)測計劃及補充數(shù)據(jù)報告，完成上級公司和政府部門組織的第三方、第四方碳核查和年度碳排放報告修訂，對核查中發(fā)現(xiàn)的不符合項及時對接整改。同時，要加強政策研究，培養(yǎng)具備足夠能力水平的碳資產(chǎn)管理人才，滿足不斷增長的碳資產(chǎn)管理需求。

3.2.2 加強能耗“雙控”管理

在實際生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中，要充分利用更加清潔高效的綠色低碳能源，充分利用數(shù)字化和信息化手段，加強能源生產(chǎn)、供應、輸送、轉(zhuǎn)換、消耗全過程管控，控制好能耗總量和強度指標，嚴格執(zhí)行地方政府控煤指標，努力提高能效[9]。如通過淘汰落后高耗能機電設備、實施工藝改造和優(yōu)化操作，減少蒸汽放空，減少生產(chǎn)裝置火炬長明燈天然氣的消耗量等措施，降低能耗減少碳排放。

3.2.3 推進實施節(jié)能降碳項目

按照國家推薦的成熟節(jié)能降碳技術和高耗能行業(yè)重點領域節(jié)能降碳改造升級實施指南[10]等，通過裝置熱聯(lián)合、蒸汽能量梯級利用、充分利用余熱余壓、實施熱電機組能效提升工程等技術措施，充分挖掘節(jié)能降碳項目，落實項目資金，加強過程管控，確保項目按期保質(zhì)完成，持續(xù)壓減燃動能耗與加工損失。如三家企業(yè)先后實施的“蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造”、“余熱蒸汽發(fā)電”等14個項目，年節(jié)能13萬噸標煤。正在實施的8個項目，完成后預計年節(jié)能8萬噸標煤。

3.2.4 深化能效對標

參加國家部委和行業(yè)組織的能效“領跑者”遴選活動，對標企業(yè)歷史最好水平和行業(yè)最優(yōu)水平，挖掘裝置潛力，提升能效水平。一是推進煤電機組升級改造，自備燃煤熱電廠供電標煤耗降至300克標準煤/千瓦時以下[11]；二是推動煤炭清潔高效利用，促進煤炭消費轉(zhuǎn)型升級，煤制甲醇和煤制烯烴單位產(chǎn)品能耗全面達到標桿水平[12]；三是更新淘汰高耗能落后機電設備，落實國家有關部門要求，淘汰高耗能落后電機，推進變壓器能效提升工程落實落地，達到節(jié)能減排目的。

3.2.5 推廣應用先進節(jié)能技術

對于已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)裝置，組織開展有針對性的技術攻關，優(yōu)化生產(chǎn)運營，保持物耗能耗指標的先進性。持續(xù)開展降低熱電燃料煤耗和煤氣化裝置原料煤耗，減少非計劃停工確保長周期運行，解決瓶頸問題，優(yōu)化能量利用，降低循環(huán)水系統(tǒng)能耗等技術攻關；推廣應用高效換熱器、節(jié)能機泵、氣凝膠新型保溫等先進技術；開展裝置脫瓶頸和節(jié)能提效技術改造。

3.2.6 積極推進太陽能利用項目

太陽能是未來綠色能源消費的主要方向之一。目前煤化工企業(yè)已有應用，如采用太陽能進行熱水制備，源水裝置的遠程閥室應用光伏供電裝置，生產(chǎn)區(qū)域路燈照明進行太陽能改造，辦公樓增設光伏發(fā)電設施等。下一步可推進規(guī)劃建設煤礦光伏發(fā)電，加強綠電綠氫與煤化工的耦合。充分利用國家產(chǎn)業(yè)扶持政策和采煤沉降區(qū)土地資源，積極與地方政府有關部門溝通協(xié)調(diào)，在現(xiàn)有煤化工項目配套的煤礦采煤沉降區(qū)生態(tài)恢復治理中，因地制宜大力發(fā)展生態(tài)光伏發(fā)電。同時，開發(fā)綠電制綠氫、綠氧項目，在煤制甲醇過程中適當使用綠氧、綠氫，降低空分裝置能耗和合成氣變換裝置的CO變換反應深度，減少二氧化碳的產(chǎn)生量，進而減少企業(yè)制程排放源的碳排放量。

3.2.7 適當調(diào)整產(chǎn)品路線

高碳氫比產(chǎn)品相較于低碳氫比產(chǎn)品具有更好的固碳作用，多生產(chǎn)高碳氫比的產(chǎn)品能減少碳排放。有條件的企業(yè)可根據(jù)自身特點，結合市場需求，多生產(chǎn)碳氫比高的產(chǎn)品，如醋酸、醋酐、醋酸甲酯、碳酸二甲酯、聚羥基乙酸等。

3.2.8 積極開展產(chǎn)品碳足跡核算評價[13]

開展碳足跡核算評價是煤化工產(chǎn)品取得碳標簽、走向世界的需要。企業(yè)也可以在核算評價中了解產(chǎn)品在碳排放方面存在的問題和不足，進行有針對性的改進和提升；對產(chǎn)品碳足跡有重大影響的環(huán)節(jié)和因素，制定改進措施降低單位產(chǎn)品碳排放，提高產(chǎn)品競爭力。

3.2.9 實現(xiàn)綠電綠氫與煤化工的深度耦合

未來隨著科技進步和綠色能源成本的大幅下降，可以考慮大規(guī)模將綠電和綠氫應用于煤化工，實現(xiàn)綠電綠氫與煤化工的深度耦合。對自備燃煤熱電廠實施電鍋爐改造或取消自備電廠，直接使用綠電和綠電鍋爐等。對工藝生產(chǎn)裝置進行流程再造，汽驅(qū)改電驅(qū)降低蒸汽用量。煤制甲醇大量使用綠氫、綠氧，將煤中的碳最大限度轉(zhuǎn)移到甲醇產(chǎn)品中，使制程排放源的碳排放降到最低。當固定排放源和制程排放源實現(xiàn)近零碳排放時，煤化工企業(yè)將生產(chǎn)出真正的綠色產(chǎn)品。

3.3 末端治理

3.3.1 應用CCUS技術

對于通過各種節(jié)能降碳措施后仍無法避免的碳排放，可采用CCUS技術回收利用。近期主要著眼于煤化工生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的高濃度二氧化碳的回收利用，未來可以將生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的少量碳排放完全中和。

3.3.2 強化碳資產(chǎn)管理

碳排放權交易市場（簡稱碳市場）是實現(xiàn)碳中和的途徑之一，也是企業(yè)實現(xiàn)碳資產(chǎn)價值和碳指標調(diào)節(jié)的載體。企業(yè)應組織人員參與碳市場運行的各個環(huán)節(jié)，按要求開展碳盤查，做好碳排放監(jiān)測、報告與核查（MRV）工作，開發(fā)和儲備中國溫室氣體自愿減排（CCER）項目，開展碳配額指標的測算，參與碳配額指標的核定、分配和碳排放權的交易，完成年度碳履約工作。通過參加碳交易，企業(yè)在積累碳資產(chǎn)的同時，也積累管理經(jīng)驗。

4 結語

（1）煤化工企業(yè)碳排放總量和強度都比較大，鑒于我國實現(xiàn)雙碳目標的時間非常緊，企業(yè)本身也存在諸多技術層面的不足，客觀情況決定了現(xiàn)代煤化工企業(yè)實現(xiàn)雙碳目標必將面臨很大困難，需要引起足夠的重視，付出更多努力。

（2）固定排放源和制程排放源是典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)的碳排放主體，是碳減排的重點。通過采取前端控制、中端減排和末端治理的全過程管控，可最大限度減少碳排放，為雙碳目標的實現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。

（3）煤化工企業(yè)實現(xiàn)碳中和的根本出路在于技術進步，穩(wěn)定而低成本的綠電和綠氫供應需要新的技術突破，綠電綠氫與煤化工的深度耦合也需要新的技術突破。當條件具備時，現(xiàn)代煤化工可以將煤中的碳最大限度轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，生產(chǎn)出真正的綠色產(chǎn)品。

（4）煤化工企業(yè)需要強化碳資產(chǎn)管理，充分利用碳市場，積極參與碳交易，實現(xiàn)碳資產(chǎn)的保值增值，并加快推進碳中和進程，實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。