“双碳”背景下河南煤化工企业现状及发展建议

张振洲 ， 郭彦嘉 ， 侯翠红

(郑州大学 化工学院 ， 河南 郑州 450001)

0 前言

在我国已探明的能源分布中煤炭占94.3%，而石油天然气仅占5.7%，“富煤、贫油、少气”是我国的基本国情[1]。河南省作为我国人口大省，拥有较为丰富的煤炭资源，截止2018年煤炭保有量为618亿t，为河南省能源以及煤化工行业的发展奠定了良好的基础。但随着煤炭以及煤化工行业的发展，碳排放等一系列问题也随之引起重视。根据统计，中国2013年碳排放量约92.5亿t，占全球碳排放量的28.0%，到2020年碳排放量增加到98.99亿t。随着碳排放量的逐年增加，国家采取了相应的应对措施。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会上明确提出，中国将于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和目标。在此“双碳”背景下，河南省煤化工企业的发展将受到一定影响。因此煤化工企业要做出一些战略调整，以实现“双碳”背景下煤化工行业的高效、清洁、可持续健康发展。

1 河南省煤化工行业发展现状

煤化工产业是以煤为原料，通过多种技术的联合应用，生产多种清洁料和基础化工原料的煤炭加工转化产业。河南煤化工起步较早，经多年积累发展已成为地方经济的重要支柱。目前河南省煤化工项目主要包括：煤气化、合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制烯烃等，其中合成氨、甲醇产量均位居全国前列[2]。20世纪末，河南的煤化工产业以初级产品甲醇为主，产品定位于低端。进入21世纪以来，一系列以煤和甲醇为原料的煤化工产品如乙二醇、烯烃、1,4-丁二醇、二甲醚、醋酸、聚甲醛等相继投入生产，构成了河南现代煤化工的雏形，并涌现出如河南能源化工集团、平煤神马能源化工集团、中源化学控股有限公司[3]。以河南能源化工集团为例，作为世界500强公司，其2021年实现营收入1 100多亿元，盈利30多亿元。此外，以煤气化为核心的煤制甲醇蛋白、改良CO2汽提尿素等技术以及配套设备均取得一定成果。因此，煤化工行业的高效、持续性发展对河南省具有重要的意义。

2 “双碳”背景下河南煤化工行业存在问题

随着双碳政策的提出，党的十九大报告指出要构建清洁低碳、安全高效的能源体系，这将对我国的能源体系产生重要的影响。2015—2050年我国在2 ℃和1.5 ℃温升情况下能量需求和CO2排放量趋势如图1所示。由图1可知，一次能源消费量在2030年后进入峰值平台期开始下降，2050年煤炭占比下降到5%以下，非化石能源占比>85%。在1.5 ℃温升的模式下，一次能源消费2050年约50亿tce，CO2排放量下降至14亿t。因此，传统化工产业在煤炭、能耗和碳排放指标将更为稀缺。因此，以煤化工为主要驱动力发展的河南省将面临一些突出的问题。

图1 2015—2050年我国在2 ℃和1.5 ℃温升情况下能量需求和CO2排放量趋势

2.1 碳排放与环保问题

邵桂兰等[4]根据“经济-能源”投入产出模型以及碳排放系数估算出2018—2030年各省份的碳排放量，显示河南省的碳排放需求量为90亿t。然而图1所示，至2050年时，全国的一次能源CO2排放量仅为14亿t，因此，河南省碳排放配额与煤化工行业的CO2排放之间将面临重大挑战。为实现“安全、绿色”目标，河南省污染防治攻坚领导小组办公室印发了《河南省2020年大气防污染防治攻坚战实施方案》，明确加大过剩和落后产能压减力度，以实现二氧化碳的减排。此外，煤化工行业生产过程中产生的废水难降解、色度和浊度高且废水中污染物种类多，处理起来十分复杂[5]。随着国家环保政策的出台，对环境保护力度逐渐加大，要求煤化工企业想办法高效、有力地处理产生的废水，以满足国家规定的标准。

2.2 传统煤化工产能过剩

河南省作为传统煤化工产业大省，随着大量煤化工产业的建成，甲醇与合成氨的产量迅速增加，产能严重过剩，各企业竞争激烈。据统计，2017年全省合成氨产量644.3万t，居全国第二位，甲醇产量375.5万t，居全国第五位。随着现代煤化工技术的成熟发展，河南省传统煤化工行业显现出一些突出问题。尽管产能高，但产能利用率却不足60%，且主要产品低端化、同质化严重。因此，我省煤化工行业必须发挥产业基础优势，加快转型发展，调整产品结构，延伸产业链条。

2.3 水资源问题

水作为煤化工行业的重要资源，对水的需求也十分巨大。但河南省的人均水资源量仅407 m3，不到全国平均水平的1/5。煤化工的发展与水资源的短缺矛盾十分明显，据统计河南省煤化工项目年耗水量在0.3亿～1亿t。水资源短缺在一定程度上限制了煤化工行业的发展，根据国家能源局发布的《煤炭清洁高效利用行动计划》，强调了煤炭与水资源统一调配，因此煤化工企业要做到“量水而行、示范先行、清洁高效转化”[3]。

2.4 限煤和电力成本问题

在限煤、减煤及“双碳”大背景下，河南省煤炭消费量及占比呈下降趋势。从2016年开始，河南省的煤矿开采量和煤矿山数量呈现出下降趋势。为了顺应低碳环保、能源结构优化的历史趋势，河南省煤炭消费占比能源总消费从改革开放初的92.3%下降至2018年的71.3%[6]。从长期来看，煤炭在能源结构中的占比会继续下降。这对以煤为原料的煤化工及煤炭企业将造成不小的影响。另一方面，煤化工行业普遍高度依赖电能，但河南的电价却一直较高。从成本上来讲，仅煤和电占总成本的60%～70%。因此，考虑成本问题，煤化工行业应积极探寻可替代新能源。

3 “双碳”背景下河南煤化工行业发展方向

为努力达到国家双碳目标，以及实现煤化工行业低碳、高效、健康、可持续发展，河南煤化工行业可以从以下几个方面考虑。

3.1 聚焦技术创新减少碳排放

技术创新是第一生产力，煤化工行业可以通过创新工艺流程从源头上降低碳排放强度，而工艺碳排放正是煤化工行业碳排放强度高的原因之一。从化学成分上看，煤炭中碳多氢少，而生产的产品乙烯、丙烯等碳少氢多，故必须补充大量的氢。目前，煤化工行业补充氢都是用CO与水反应产生氢，这必然会生成大量的CO2。因此，可以通过以下两条路径来降低CO2的排放：①不采用CO和水反应，从而避免产生CO2，比如考虑“绿电”水解制氢，这是一种近零碳排放的制氢方式。②降低产品的碳氢比，生产含碳多、氧多、氢少的产品。

3.2 调整产品结构实现企业转型

为解决目前产品低端、单一的问题，煤化工行业应发挥本身的产业优势，促使现有的初级产品向下游产品、精细化工产品、新型化工材料等方向延伸，生产高端化、特色化、高附加值化学品，积极从传统煤化工产业向现代煤化工产业转变，调整产品结构实现企业转型。

3.3 与新能源联用减少生产成本

电力作为煤化工重要的一环，考虑到其成本过高，且“十三五”时期我国新能源发展迅猛，2020年底，全国风电与光伏累计并网装机超过5亿kW，居世界首位[7]。因此，随着新能源技术的发展，新能源的成本大幅下降，新能源发电也为煤化工行业发展提供了基础。

3.4 加强CO2捕集利用实现科学绿色碳

双碳目标的实现也可以通过对CO2的捕集与利用来实现。二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)作为CO2减排的重要措施之一，有着很大的发展潜力[8]。逐步提高CCUS技术水平，使其成本下降，为低碳发展打下坚实基础。除了CO2捕集技术外，CO2转化为高附加值化学品也是一种减排途径，比如CO2与氢气合成甲烷、甲醇、烯烃等一些基础化工原料。

4 结语

在“双碳”背景下，河南煤化工企业要清楚地认识到自身的不足与长处，充分发挥自身煤化工基础雄厚的优势，正视国家双碳发展趋势下煤化工行业面临的各种问题，从发展理念和技术整合等方面找到正确的发展方向，做到技术创新、产品多样、产业链丰富，并最终实现煤化工行业低碳、高效、环保、可持续发展。