现代煤化工产业对保证国家能源战略安全发挥着重要作用，但在“双碳”减排压力下，需要制定跨行业融合创新发展战略，促进现代煤化工产业的健康发展。接下来简单介绍现代煤化工对能源产业的重要意义，并对现代煤化工面临挑战进行分析，对如何通过创新、变革，推动产业融合来促进现代煤化工减排发展进行探讨。

一、现代煤化工对我国能源产业的重要意义

现代煤化工是以煤为原料，采用先进技术和加工手段生产产品和清洁燃料的产业。因其生产过程中秉持清洁转化、高效利用、可持续发展的目标，成为我国煤炭清洁高效利用的主要方向。近年来，我国现代煤化工创新发展取得一系列重大突破。攻克了大型先进煤气化、合成气变换新技术，大型煤制甲醇、煤间接制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等一大批技术难题，煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇等现代煤化工示范工程顺利实施，我国现代煤化工技术创新和产业化均走在了世界前列。已建成的煤制油产能921万t/a、煤制天然气产能51亿m³/a、煤（甲醇）制烯烃产能1582万t/a、煤制乙二醇产能为488万t/a，产业示范取得阶段性成果；通过优化工艺技术、完善管理，生产过程物耗、水耗、能耗和“三废”排放不断降低，产品精细化、差异化水平逐步提升。随着现代煤化工的迅速崛起，对中国“一油独大”的化工产业进行了重塑，形成了“东油基、西煤基”双雄并立的空间格局，在以能源化工“金三角”（宁夏宁东－陕西榆林－内蒙古鄂尔多斯）为核心的中西部地区，形成了世界级的能源化工产业基地和现代煤化工产业集群，且快速发展的势头依然不减。现代煤化工的发展不仅可缓解我国油气对外依存度过高的局面，为国家能源安全提供必要支撑，还可实现我国能源化学品生产的多元化，拓展化工原料的来源，提升我国对油气价格波动的抵御能力。同时，可弥补石油化工的不足及其结构性缺陷，推进煤化工行业形成更合理的工业结构。

二、现代煤化工面临挑战分析

1.更严峻的能源安全形势。我国煤炭占能源消费总量的56%，石油和天然气对外依存度分别高达72.2%、46%，油气资源自给率严重不足。在降煤、稳油和增气的能源结构调整背景下，油气对外依存度还会上升，如何发挥出我国煤炭资源储量和可开采量大的优势，采用现代技术拓展煤化工生产，对保障国家能源安全，迎接能源挑战方面发挥着重要作用。

2．更高的碳减排压力。我国制定的碳减排目标给现代煤化工产业带来更大的压力，虽然现代煤化工的二氧化碳排放量更少，但现代煤化工的煤炭消费和排放量还呈现增长趋势。在能源消费总量和强度进行双控的大背景下，现代煤化工产业发展面临着更大的挑战。

3.更严格的环境约束。随着国家对生态环境的日益重视，生态红线对现代煤化工提出新的要求。现代煤化工产业多集中西北区域，而该区域水资源比较匮乏，生态环境更为脆弱，黄河流域生态保护日益严格，要求现代煤化工污水处理、排放物等指标也更高。

4.更加激烈的市场竞争。石化和煤化工会在相同市场生产同样的产品，而炼化一体化等生产设施的投产，会向市场提供低成本的石化产品，国内行业结构过剩、价格等方面的影响，会给现代煤化工产业发展带来冲击。国际油气价格波动较大，低成本油气原料转化和先进煤化工建设项目的投产，必然给煤化工行业带来更为激烈的竞争。

5.更高的创新要求。现代煤化工产业二氧化碳排放量大、耗费水资源多，还需要排放工业废水和废渣等，产业发展受到社会各界的关注。需要通过技术创新来提升煤炭利用率，解决高耗能的问题，二氧化碳收集利用，进一步降低碳排放。

二、生产过程碳减排

1.碳源头减排。现代煤化工企业生产过程的碳排放约占其碳排放总量的40%～55%，生产过程碳减排，首先应考虑从碳源头减排。众所周知，现代煤化工从原料煤到化工产品的生产过程，原料煤中碳元素占主导，适用于现代煤化工的主流气化炉如粉煤加压气化炉、水煤浆气化炉。气化产出的粗合成气氢碳比范围一般在0.3～0.8，而化工产品要求氢多碳少，一般要求氢碳比在1.5～2.5左右，故煤化工生产过程须实现氢碳比的转化；在一般的煤化工项目中，变换反应(CO+H₂O=CO₂+H₂)是碳氢转化的主要方式，每变换出1个单位体积的H₂就要排放出等体积的CO₂，这也正是生产过程中排放CO₂的主要来源。实现碳源头减排，大家正在探索的方案是风/光制取绿电，再通过电解水装置获得绿氢，将制得的氢气直接补入粗合成气中，调整粗合成气的氢碳比，减少甚至消除变换反应带来的CO₂排放；且电解水过程中副产的氧气同样可以供给气化炉使用，相应地减小空分装置的生产负荷，降低热力或电力消耗。世界目前唯一的规模化用绿氢替代化石能源的项目环评已获批准。

2.过程减排。碳减排的另一个重要途径是在生产过程中采用各种节能降耗措施提高各生产工段的效率，利用率，间接降低排放。如:进行低位热能回收利用，将以前直接排放至大气、公用工程的低压乏汽、蒸汽凝液等，就近利用替代进行采暖伴热，降低伴热蒸汽的使用，减少动力锅炉的负荷，降低煤耗。蒸汽凝液给厂前区生活热水补水加热等，把厂内余热“吃干榨尽”的同时可把全厂冷凝液温度降低并满足全厂水处理系统的进水温度控制要求，从而降低全厂空冷器或水冷器的能耗。

3.排放的二氧化碳进行收集利用。低温甲醇洗再生后的二氧化碳产品浓度达到98%，经过专业的提纯装置，可以使二氧化碳纯度达到食品级，满足食品使用。还有就是将化工产生二氧化碳捕集分离后，输送至油气田或者封存点，用于提高油气采收率和永久封存地下，减少碳排放量。

三、通过自身变革与产业融合促进现代煤化工低碳发展

1.自身创新推动产业内部变革。煤炭清洁高效利用是现代煤化工的发展方向，可以解决高能耗、高水耗的问题，也可以减少二氧化碳的排放量。当前，煤炭清洁高效转化、能源小分子转化等领域已经着手开展研究。优化延伸生产工艺、采用新材料，实现多学科、多领域交叉协作，创新催化反应与生产工艺，解决高效转化过程中存在的问题，推动煤化工产业革命。随着探索研究的不断尝试，煤化工技术也已经取得突破性进展。催化新材料、催化新反应等基础研究也取得巨大成就。在用的煤气化、合成和产品纯化、分离工艺等均需要消耗大量的水。采用金属氧化物复合催化体系，不再通过水循环即可实现合成反应，可减少水资源消耗和能源消耗，是对煤化工合成反应过程的革新。采用不同催化剂，可将合成气转变为芳烃或含氧化合物，为高效绿色煤化工提供技术支持。

2.二氧化碳收集转化。根据气源中二氧化碳浓度的不同，可以采用不同的方式收集提纯，气源中二氧化碳浓度低于20%的，使用物理、化学吸收法；二氧化碳浓度在20-60%之间的气源可以使用变压吸附法；二氧化碳浓度达到90%以上的气源，采用低温蒸馏法、高温蒸馏法，得到纯度要求较高的二氧化碳产品。二氧化碳捕集纯化后，一方面可制作干冰、液态二氧化碳等产品销售，还可以通过催化将二氧化碳转变为化学产品和燃料，用于人工碳循环。二氧化碳催化转化，需要将碳-氧键活化断裂，加入氢气，形成碳-氢键，该过程需要消耗较多的能量，按能量输入方式可划分为热、电和光的催化。其中热催化技术发展得比较成熟，电解水形成氢，二氧化碳加入氢可形成甲醇，可实现人工光合成能源，可以解决二氧化碳排放问题。电催化要将二氧化碳、水作为反应物，在足够电流密度条件下形成合成气、乙烯、乙醇等物质。在固体氧化物电解池内二氧化碳和水反应可形成纯净的一氧化碳或合成气，并副产氧气，有着更快的反应速率和更高的能量效率，既实现二氧化碳转化，又对清洁电能进行存储利用，还能联产氧气，建立起碳循环网络。光催化不具备较快的反应速度，还处于实验研究阶段，通过开展深入研究可有望提升转换效率。二氧化碳的收集纯化利用，最直接的方式降低碳排放，实现碳的高效利用。煤化工企业根据自身的生产工艺特点，选择适合的收集方式进行技术改造，实现二氧化碳的收集转化再利用。

2.突破行业壁垒实现产业融合。面对“十四五”期间“双碳”战略的压力下，多个行业都面临前所未有的碳排放压力。一味地闭门造车已经不能解决自身的排放瓶颈，突破壁垒行业间，联动发展成为探索解决瓶颈的新途径。现代煤化工为低碳分子重构，其过程放热，而石化为大分子裂解，需要吸热，两种加工工艺耦合可以进一步提升能效。现在煤化工生产过程中会伴随石脑油、混合芳烃等附加产品，这里许多正是石化、精细化工企业的生产原料。依靠技术创新，推动现代煤化工与石油化工。精细化工的融合发展，通过煤炭“由黑变白，由白变细”转化，实现企业向低碳环保新能源转型。榆林、鄂尔多斯等能源煤化工聚集区，部分化工基地已实现与石化、精细化工等产业联产发展。现代煤化工与石化等的协同发展，还需要国家相关部门进行协助，科学布局，推动煤化工向精细化、高端化、集群化发展。钢铁产品生产尾气中主要成分为一氧化碳和氢气，可作为化工生产材料。近年来，中科院洁净能源创新研究院的支持下，针对钢厂尾气的组成和特点，开发出以一氧化碳和氢气为主要原料制备燃料乙醇的高效清洁转化利用路线即：DMTE技术，2017年依托DMTE技术建设的合成气制乙醇工业示范装置就已经开工建设。利用钢铁尾气就可以省去复杂的煤气化工艺，降低了化工原料的成本的同时，解决钢铁行业污染的瓶颈。 

总而言之，碳减排压力日益增加，现代煤化工企业降碳减排迫在眉睫。寻求煤化工自身工艺技术变革、建设二氧化碳收集利用设备设施，实现二氧化碳零排放、多个领域的科学技术协作，突破不同能源类型间的行业壁垒，建立清洁低碳能源体系，通过创新催化剂和生产工艺、开发新的产品线，提高产品附加值，技术互补来解决现代煤化工的技术瓶颈，推动煤化工产业的持续健康发展，物尽其用，将所有的碳最大程度的转化成产品，减少碳排放。

参考文献：

[1]宋林．“双碳”背景下现代煤化工高质量发展研究．2022.

[2]陈浩宇，碳减排背景下现代煤化工多能融合创新发展对策.2022.