典型现代煤化工企业碳达峰碳中和的思考

张玉鸿

（中国石化长城能源化工有限公司，北京 100020）

当前，为应对能源安全和气候问题，节能减排已经成为全球共识，世界各国陆续提出“碳中和”目标。研究表明，我国已成为全球温室气体排放量最大的国家，2020年碳排放总量达到98.99亿吨，占全球碳排放总量的30.7%，远超其他地区[1]。为遏制全球暖化趋势，必须大幅减少碳排放，逐步实现碳中和。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出“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”的庄严承诺。此后，习近平总书记在不同场合多次进行了深入阐述，国家层面也密集出台相关政策文件积极推进碳达峰碳中和。现代煤化工作为我国近年来为保证国家能源安全、实现煤炭清洁高效利用的新兴行业，具有高耗能高碳排的特点，其实现碳达峰碳中和对我国实现“双碳”目标意义重大[2]。

1 典型现代煤化工企业碳排放现状

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭—能源化工一体化的新兴产业。该文以已经投产的煤制甲醇和煤制烯烃等国家示范项目建设的三家典型现代煤化工企业碳排放现状为例进行分析探讨。

1.1 排放总量与排放强度

典型现代煤化工企业的高碳排特点从图1和图2可以看出。图1中，2020年三家企业碳排放总量达到2 624万吨二氧化碳当量。按照国家碳排放权交易管理办法的规定，年度温室气体排放量达到2.6万吨二氧化碳当量的温室气体排放单位列入温室气体重点排放单位[3]，三家企业分别达到重点排放单位基准值的274倍、467倍和268倍。图2中，2020年三家企业综合碳排放强度为14.54吨/万元。根据中国碳排放数据库（CEADs）2018年数据，全国碳排放强度为1.152吨/万元，三家企业综合碳排放强度为其13倍。

图1 典型煤化工企业2020年碳排放总量

图2 典型煤化工企业2020年碳排放强度

1.2 排放结构

遵循国际标准ISO-14064，对企业生产经营过程中可能排放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFC）、全氟化碳（PFC）和六氟化硫（SF6）6种温室气体进行检测。结果显示检测到除PFC外的5种温室气体。如表1所示，某现代煤化工企业2020年712.6 053万吨碳排放中，直接排放的固定排放源占64.67%，制程排放源占35.31%，二者产生的碳排放占碳排放总量的99.98%。统计结果显示，其它现代煤化工企业也有类似特点。

表1 某现代煤化工企业2020年碳排放情况统计表

2 实现“双碳”目标现状分析

2.1 国家实现“双碳”目标时间紧，但重视程度高

我国“双碳”目标比《巴黎协定》2 ℃温升控制目标下全球2065—2070年左右实现碳中和的目标提前。同时，西方发达国家工业化进程长达200年，中国只有60年左右；西方国家用200年实现的碳达峰，我国2030年就要实现。另外，从碳达峰到碳中和，美国从2007年到2050年间隔43年，欧盟间隔71年，而中国只有30年。因此，无论达峰还是中和，时间都非常紧迫。

为实现碳达峰碳中和，国家层面高度重视，密集发文制定时间表、路线图和实施方案，明确了主要的阶段性目标[4-8]。到2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升。单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%；单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%；非化石能源消费比重达到20%左右。到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平，二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降。单位国内生产总值能耗大幅下降；单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上；非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上，碳中和目标顺利实现。

2.2 企业技术方面问题较多，但方向明确

2.2.1 关键碳减排技术储备不足

研究表明，为确保我国2060年实现碳中和，2030年前应实现能源活动二氧化碳排放达峰且峰值水平控制在105亿吨以内；2060年能源活动二氧化碳排放量控制在5亿吨以内，非二氧化碳温室气体和工业过程排放控制在10亿吨左右，碳汇和碳移除等技术实现负排放15亿吨左右。然而，目前先进节能降碳技术还不能满足“双碳”目标的需要。2025—2035年，碳排放强度的大幅下降亟需低碳、零碳技术支撑，2035年后实现深度减碳，更需要低碳、零碳及负碳新技术储备。近年来，尽管在光伏、地热、二氧化碳回收利用及二氧化碳驱油等方面取得了一定进展，但低碳技术尚不足以支撑实现碳中和目标，亟需开展关键低碳核心技术研发攻关和推广应用。

2.2.2 现代煤化工企业实现碳中和难度较大

从典型煤化工企业碳排放结构数据可知，其碳排放主体一是固定排放源，如燃煤锅炉直接燃烧产生的温室气体排放。二是制程排放源，如煤制甲醇过程中的煤气化和变换反应产生的二氧化碳排放[2]。煤化工企业碳排放总量大、强度高，调整产品结构、生产碳氢比高的醋酸等产品，虽然可以一定程度降低排放强度，但排放总量仍然很大。尽管煤化工企业实现碳中和难度较大，但节能降碳的方向很明确：一是减少固定排放源产生的排放，如绿色能源替代；二是减少制程排放产生的碳排放，如通过流程再造，采用绿色生产工艺。煤化工企业如果2020年固定排放和制程排放能减少80%，则碳排放总量将下降到126万吨，这就是煤化工企业绿色低碳高质量发展的方向。

2.2.3 现有标准规范还不能满足“双碳”目标的需要

新建项目需要严格控制能耗总量和碳排放总量，前期设计阶段要将先进成熟节能降碳技术推广应用到位、节能降碳措施落实到位，但目前设计标准还无法满足这一要求。同时，碳足迹核算也没有统一标准规范，不同机构核算出的结果存在较大差异。如某企业委托第三方机构核算出某年度聚乙烯、聚丙烯碳足迹为10.6 tCO2e/t和10.2 tCO2e/t，而在另一机构核算出该年度聚乙烯、聚丙烯碳足迹为5.1 tCO2e/t和2.9 tCO2e/t。

2.2.4 现代煤化工企业自身碳资产管理基础还比较薄弱

煤化工企业自身的碳资产管理体系，如组织机构、制度建设、管理标准、人员配备、专业人才队伍培养等方面，同实现绿色低碳高质量可持续发展的需要还存在较大差距。另一方面，企业缺乏具备足够碳（交易）经验的专业人才，如何管理好碳资产，通过碳交易实现降本减费是一个全新的课题。

3 实现“双碳”目标基本途径

根据节能降碳管理经验，结合国家碳达峰碳中和的要求，总结出了煤化工企业实现双碳目标的基本途径。基本思路是以国家碳达峰碳中和为契机，以碳排放管控为抓手，提升规划发展和生产管理水平，优化产品结构，降低物耗能耗，应用碳捕集、碳利用与封存技术等。主要从三个方面入手：一是前端控制，在项目前期论证设计阶段确保低碳；二是中端减排，在生产过程中采取各种技术和管理措施减少碳排放；三是末端治理，对碳排放进行处置。

3.1 前端控制

建设项目前端控制很关键。某煤化工项目在设计阶段通过采用以汽定电原则配备锅炉、汽驱改电驱、优化汽化炉产能等措施优化后，年碳排放总量下降100万吨以上。相比建设100万吨/年CCUS项目的投入，性价比很高。

3.1.1 加强项目源头管控

严格新建投资项目能耗总量和强度指标审核，项目能效水平满足政府“双控”管理要求的同时，要达到行业乃至世界先进水平。加强新建项目碳排放总量和强度指标审核，严格控制碳排放指标；加强项目前期管理，按照项目类别，落实各级管理主体责任，严控碳排放增量。

3.1.2 加强项目设计管理

项目前期设计阶段确保先进成熟节能低碳技术推广应用到位、节能降碳措施落实到位，碳排放指标达到行业乃至世界领先。开发、应用高效绿色低碳催化剂等领先技术，大幅度降低物耗能耗。

3.2 中端减排

3.2.1 加强能力建设规范管理行为

首先要建立碳资产管理组织机构，明确专管部门，配备专管人员，制定制度流程，组织制度培训，开展碳排放数据管理专项检查，规范碳排放数据质量管理，提高核算准确度。其次要应用国际标准和国家行业指南核算温室气体排放量，按要求填报碳排放系统、编制碳排放报告、监测计划及补充数据报告，完成上级公司和政府部门组织的第三方、第四方碳核查和年度碳排放报告修订，对核查中发现的不符合项及时对接整改。同时，要加强政策研究，培养具备足够能力水平的碳资产管理人才，满足不断增长的碳资产管理需求。

3.2.2 加强能耗“双控”管理

在实际生产经营管理过程中，要充分利用更加清洁高效的绿色低碳能源，充分利用数字化和信息化手段，加强能源生产、供应、输送、转换、消耗全过程管控，控制好能耗总量和强度指标，严格执行地方政府控煤指标，努力提高能效[9]。如通过淘汰落后高耗能机电设备、实施工艺改造和优化操作，减少蒸汽放空，减少生产装置火炬长明灯天然气的消耗量等措施，降低能耗减少碳排放。

3.2.3 推进实施节能降碳项目

按照国家推荐的成熟节能降碳技术和高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南[10]等，通过装置热联合、蒸汽能量梯级利用、充分利用余热余压、实施热电机组能效提升工程等技术措施，充分挖掘节能降碳项目，落实项目资金，加强过程管控，确保项目按期保质完成，持续压减燃动能耗与加工损失。如三家企业先后实施的“蒸汽管网优化改造”、“余热蒸汽发电”等14个项目，年节能13万吨标煤。正在实施的8个项目，完成后预计年节能8万吨标煤。

3.2.4 深化能效对标

参加国家部委和行业组织的能效“领跑者”遴选活动，对标企业历史最好水平和行业最优水平，挖掘装置潜力，提升能效水平。一是推进煤电机组升级改造，自备燃煤热电厂供电标煤耗降至300克标准煤/千瓦时以下[11]；二是推动煤炭清洁高效利用，促进煤炭消费转型升级，煤制甲醇和煤制烯烃单位产品能耗全面达到标杆水平[12]；三是更新淘汰高耗能落后机电设备，落实国家有关部门要求，淘汰高耗能落后电机，推进变压器能效提升工程落实落地，达到节能减排目的。

3.2.5 推广应用先进节能技术

对于已经投产的生产装置，组织开展有针对性的技术攻关，优化生产运营，保持物耗能耗指标的先进性。持续开展降低热电燃料煤耗和煤气化装置原料煤耗，减少非计划停工确保长周期运行，解决瓶颈问题，优化能量利用，降低循环水系统能耗等技术攻关；推广应用高效换热器、节能机泵、气凝胶新型保温等先进技术；开展装置脱瓶颈和节能提效技术改造。

3.2.6 积极推进太阳能利用项目

太阳能是未来绿色能源消费的主要方向之一。目前煤化工企业已有应用，如采用太阳能进行热水制备，源水装置的远程阀室应用光伏供电装置，生产区域路灯照明进行太阳能改造，办公楼增设光伏发电设施等。下一步可推进规划建设煤矿光伏发电，加强绿电绿氢与煤化工的耦合。充分利用国家产业扶持政策和采煤沉降区土地资源，积极与地方政府有关部门沟通协调，在现有煤化工项目配套的煤矿采煤沉降区生态恢复治理中，因地制宜大力发展生态光伏发电。同时，开发绿电制绿氢、绿氧项目，在煤制甲醇过程中适当使用绿氧、绿氢，降低空分装置能耗和合成气变换装置的CO变换反应深度，减少二氧化碳的产生量，进而减少企业制程排放源的碳排放量。

3.2.7 适当调整产品路线

高碳氢比产品相较于低碳氢比产品具有更好的固碳作用，多生产高碳氢比的产品能减少碳排放。有条件的企业可根据自身特点，结合市场需求，多生产碳氢比高的产品，如醋酸、醋酐、醋酸甲酯、碳酸二甲酯、聚羟基乙酸等。

3.2.8 积极开展产品碳足迹核算评价[13]

开展碳足迹核算评价是煤化工产品取得碳标签、走向世界的需要。企业也可以在核算评价中了解产品在碳排放方面存在的问题和不足，进行有针对性的改进和提升；对产品碳足迹有重大影响的环节和因素，制定改进措施降低单位产品碳排放，提高产品竞争力。

3.2.9 实现绿电绿氢与煤化工的深度耦合

未来随着科技进步和绿色能源成本的大幅下降，可以考虑大规模将绿电和绿氢应用于煤化工，实现绿电绿氢与煤化工的深度耦合。对自备燃煤热电厂实施电锅炉改造或取消自备电厂，直接使用绿电和绿电锅炉等。对工艺生产装置进行流程再造，汽驱改电驱降低蒸汽用量。煤制甲醇大量使用绿氢、绿氧，将煤中的碳最大限度转移到甲醇产品中，使制程排放源的碳排放降到最低。当固定排放源和制程排放源实现近零碳排放时，煤化工企业将生产出真正的绿色产品。

3.3 末端治理

3.3.1 应用CCUS技术

对于通过各种节能降碳措施后仍无法避免的碳排放，可采用CCUS技术回收利用。近期主要着眼于煤化工生产装置产生的高浓度二氧化碳的回收利用，未来可以将生产装置产生的少量碳排放完全中和。

3.3.2 强化碳资产管理

碳排放权交易市场（简称碳市场）是实现碳中和的途径之一，也是企业实现碳资产价值和碳指标调节的载体。企业应组织人员参与碳市场运行的各个环节，按要求开展碳盘查，做好碳排放监测、报告与核查（MRV）工作，开发和储备中国温室气体自愿减排（CCER）项目，开展碳配额指标的测算，参与碳配额指标的核定、分配和碳排放权的交易，完成年度碳履约工作。通过参加碳交易，企业在积累碳资产的同时，也积累管理经验。

4 结语

（1）煤化工企业碳排放总量和强度都比较大，鉴于我国实现双碳目标的时间非常紧，企业本身也存在诸多技术层面的不足，客观情况决定了现代煤化工企业实现双碳目标必将面临很大困难，需要引起足够的重视，付出更多努力。

（2）固定排放源和制程排放源是典型现代煤化工企业的碳排放主体，是碳减排的重点。通过采取前端控制、中端减排和末端治理的全过程管控，可最大限度减少碳排放，为双碳目标的实现创造有利条件。

（3）煤化工企业实现碳中和的根本出路在于技术进步，稳定而低成本的绿电和绿氢供应需要新的技术突破，绿电绿氢与煤化工的深度耦合也需要新的技术突破。当条件具备时，现代煤化工可以将煤中的碳最大限度转移到产品中，生产出真正的绿色产品。

（4）煤化工企业需要强化碳资产管理，充分利用碳市场，积极参与碳交易，实现碳资产的保值增值，并加快推进碳中和进程，实现绿色低碳高质量发展。