一、實現(xiàn)“碳中和”已成為全球共識

20世紀以來，全球變暖的趨勢愈發(fā)明顯，很重要的原因之一便是化石燃料的燃燒增加了地球大氣中的溫室氣體含量，提高了地表溫度。以1951-1980平均溫度為基準，到2020年全球平均溫度增加了約1°C，目前這一數(shù)字以每10年0.2°C的速度不斷攀升。全球變暖導致了冰川融化、海平面上升、極端天氣頻發(fā)等惡劣影響，嚴重影響了人類生存。為此，全人類逐漸達成了遏制全球變暖的共識。

2015年12月召開的巴黎氣候大會上通過了《巴黎協(xié)定》，旨在將全球氣溫增幅限制在遠低于2°C，并努力將升幅控制在1.5°C水平，從而緩解全球變暖帶來的極端危害。而若想達成上述目標，全球必須在21世紀中葉就實現(xiàn)碳凈零排放，即碳中和。目前，全球已經(jīng)有歐盟、中國、美國、日本、韓國、新加坡等50多個國家相繼宣布在本世紀中葉實現(xiàn)碳中和的目標，與此同時，還有近100個國家正在研究制定各自的碳中和目標。可以說，碳中和已經(jīng)成為全球長期共同努力奮斗的目標。2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出：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。

“碳中和”是指國家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動或個人在一定時間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的CO2或溫室氣體排放總量，通過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的CO2或溫室氣體排放量，實現(xiàn)正負抵消，達到相對“零排放”。而“碳達峰”則是指在碳中和實現(xiàn)的過程中，在某一個時點（或某段時間），CO2的排放達到峰值，之后不再增長并逐步回落。

自2020年9月提出碳中和戰(zhàn)略后，國家層面陸續(xù)出臺多項重要文件，在2020年12月的中央工作會議和2021年兩會《政府工作報告》中，都將“做好碳達峰、碳中和各項工作”定為工作重點，體現(xiàn)國家層面的極度重視。

二、煤化工成為碳減排重點領域

“根據(jù)BP統(tǒng)計的結果顯示，2019年全球碳排放總量達342億噸，其中中國碳排放已經(jīng)達到近100億噸的規(guī)模，已成為全球碳排放量最大的國家。

從分行業(yè)的碳排放結構來看，我國電力的碳排放量居首位，工業(yè)的排放量居次席，碳排放結構比較集中，二者合計占總排放量比重超過了80%。

從能源消費結構來看，由于中國的能源結構是“富煤缺油少氣”，我國當前的能源消費仍以煤炭為主導。2019年我國煤炭占能源消費比例為58%，遠超世界平均水平27%。從碳排放量的角度來看，我國煤炭消費碳排放為73億噸，占比最大。同時煤炭消費作為碳排放的主力，其能源消費的73%用于電力和鋼鐵用途，化工消費占8%。在實際應用中，煤炭既作為化工生產(chǎn)的動力源，同時也是甲醇、合成氨等煤化工產(chǎn)品重要的原材料。對于化工行業(yè)而言（此處化工行業(yè)包括化學原料及制品制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學纖維制造業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè)），其在全國碳排放中的占比為6%，小于電力、鋼鐵、水泥等排放大頭。

在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略背景下，多省各部門紛紛考慮本省經(jīng)濟格局與產(chǎn)業(yè)結構，針對碳達峰、碳中和目標，制定了具體規(guī)劃方案。2021年3月，內(nèi)蒙古自治區(qū)印發(fā)了《關于確保完成“十四五”能耗雙控目標任務若干保障措施（征求意見稿）》，提出了較為嚴厲的“十四五”能耗控制目標，打響了全國“碳中和”政策落地第一槍。文件還給出了各個行業(yè)的具體安排，在化工領域，從2021年起，內(nèi)蒙將不再審批焦炭（蘭炭）、電石、PVC、合成氨（尿素）、甲醇等一系列產(chǎn)品的新增產(chǎn)能項目。同時，即使有新增產(chǎn)能建設需要，也需要區(qū)域內(nèi)實施產(chǎn)能和能耗減量置換，這對新建產(chǎn)能技術水平提出更高的要求。其他地區(qū)也陸續(xù)出臺了針對碳達峰、碳中和的具體政策，主要是控制能耗增速、限制新增產(chǎn)能審批、淘汰落后產(chǎn)能、開發(fā)新能源、產(chǎn)業(yè)鏈向下游精細化工延伸、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級等。

三、典型煤化工產(chǎn)品碳排放特征    

煤化工是指以煤為原料生產(chǎn)各種氣體、液體燃料和化工產(chǎn)品的工藝過程，一般由煤炭轉化和后續(xù)深加工組成。煤化工可以大概分為傳統(tǒng)煤化工和現(xiàn)代煤化工。傳統(tǒng)煤化工主要包括“煤-焦炭”、“煤-電石-PVC”、“煤-合成氨-尿素”三條產(chǎn)業(yè)路線，這些產(chǎn)業(yè)歷史比較悠久，發(fā)展比較成熟?，F(xiàn)代煤化工相比傳統(tǒng)煤化工具有工藝技術先進、工藝流程長、產(chǎn)品多以替代石油基產(chǎn)品為特征，多在近年來才得以工業(yè)化和商業(yè)化，主要包括煤制合成天然氣、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤直接液化、煤間接液化、煤制烯烴、煤制乙二醇等。

傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品結構性過剩較為嚴重。我國傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品產(chǎn)量多年來位居世界第一,2016年,合成氨、甲醇、電石產(chǎn)量分別占全球產(chǎn)量的32%、28%和93%,但產(chǎn)業(yè)結構較為落后,競爭力較差。目前,傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品均處于階段性供大于求狀態(tài),其中甲醇、電石、燒堿、聚氯乙烯等重點行業(yè)產(chǎn)能過剩尤為明顯。比如，2019年，我國電石產(chǎn)能達到4200萬噸/年,產(chǎn)量為2588萬噸,產(chǎn)能利用率僅為61.6%;甲醇產(chǎn)能達到8812萬噸/年,產(chǎn)量為6216萬噸,產(chǎn)能利用率僅為70.5%。

與之對應的是現(xiàn)代煤化工發(fā)展步伐加快。我國資源稟賦具有貧油、少氣、富煤的特點，原油消耗逐年增加，對外依存度越來越高。在我國石油需求快速攀升和國際油價較高的背景下，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，一批以石油替代為主的現(xiàn)代煤化工示范工程相繼建成投產(chǎn)，技術創(chuàng)新步伐加快，煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇等領域的關鍵核心技術獲得重大突破，建成大批大型現(xiàn)代煤化工裝置。到2019年,國內(nèi)共有9個煤制油項目，合計產(chǎn)能923萬噸/年,產(chǎn)量為746萬噸;煤(甲醇)制烯烴產(chǎn)能達到1582萬噸/年,產(chǎn)量為1276萬噸;煤制乙二醇產(chǎn)能達到451萬噸/年,產(chǎn)量為295萬噸；煤制氣產(chǎn)能為51.1億立方米，產(chǎn)量為43.2億立方米。按產(chǎn)能計，總的原料煤轉化量達到了1.8億噸/年（標準煤）。

然而，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)面臨較為嚴重的碳排放問題。在我國2015年碳排放中，煤化工產(chǎn)品碳排放量占工業(yè)碳排放量的13%。隨著煤化工產(chǎn)能的擴大，煤化工行業(yè)的碳排放量還在同比例大幅增升，未來一定是被“碳中和”重點關注的行業(yè)。從煤炭和石油的元素組成來看,煤的氫碳原子比在0.2-1.0之間,而石油的氫碳原子比達1.6-2.0,兩者之間的較大差異意味著以煤化工產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的石油化工產(chǎn)品的過程一般都伴隨著氫碳原子比的調(diào)整,這一過程必然伴隨大量CO2的排放。大部分煤化工轉化過程中,煤炭中的一半以上的碳都會以CO2的形式排放出來,如以原料煤中的碳為100%計算,煤制甲醇、烯烴、合成天然氣、直接液化以及間接液化等過程排入大氣的碳比例分別為65.1%、77.8%％、67.3%、70.1%和71.9%。

整體來看，煤化工領域的碳排放存在如下特征：

（1）單個排放源排放強度大

盡管不同的產(chǎn)品方案和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)單位產(chǎn)品所排放的CO2量不盡相同,但是煤化工項目存在著單個排放源排放強度大的顯著特征,并且單個排放源排放規(guī)模較大。單個煤化工項目的排放量都超過百萬噸級,屬大型排放源。

（2）生產(chǎn)工藝過程中碳排放濃度較高

煤化工生產(chǎn)過程的CO2排放主要包括兩大類：直接排放和間接排放。直接排放主要包括供熱或自備電廠燃料(主要是煤炭)燃燒后的燃燒排放、生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的工藝排放以及各種設備部件泄露導致的逃逸排放;間接排放主要是指外購的由化石能源轉換的電、蒸汽所產(chǎn)生的排放。煤化工行業(yè)CO2排放源主要集中在合成反應器、凈化、加熱爐、自備熱電廠等環(huán)節(jié)和設備。

從CO2排放濃度特征來看,煤化工項目中包括高濃度CO2排放和低濃度CO2排放,其中高濃度排放部分主要來自粗氣凈化部分的酸性氣體脫除環(huán)節(jié),在一些大型新型煤化工項目中多為低溫甲醇洗單元，即在低溫（–35℃~–55℃）下利用氣化氣中CO2和H2S可以溶解在甲醇中的物性進行分離，該環(huán)節(jié)碳排放濃度一般在80%以上;而低濃度CO2排放則主要來自加熱爐、自備電廠等場所或設備燃料氣、燃煤燃燒排放以及一些尾氣排放等，一般稱之為公用工程碳排放。

因此，在煤轉化工藝過程中，單位產(chǎn)品的CO2排放量分為工藝CO2排放和公用工程CO2排放兩部分，圖表13為典型煤化工過程的CO2排放分析?？梢钥闯觯褐萍状嫉膯挝划a(chǎn)品CO2排放量最低，這主要是由于其工藝流程較短，公用設施也較少；煤制烯烴的單位產(chǎn)品CO2排放量最高，主要是由于其工藝流程較長，公用設施也較多。

碳排放強度是指單位國民生產(chǎn)總值增長所帶來的二氧化碳排放量。2019年，我國國內(nèi)生產(chǎn)總值為98.65萬億元，CO2排放總量為98.26億噸，因此，單位GDP的CO2排放量約為0.996噸／萬元。通過統(tǒng)計煤化工產(chǎn)品2019年的產(chǎn)量與均價，我們可以計算出2019年各產(chǎn)品的碳排放強度，如圖表14所示?？梢钥闯?，煤化工過程的碳排放強度遠遠高于全國平均水平，為平均水平的10~20倍。

四、碳達峰、碳中和政策對我國煤化工發(fā)展的影響    

從現(xiàn)在到2030年“碳達峰”僅剩10年時間。而在達峰這個問題上，國家要推動一部分地區(qū)率先達峰，一部分行業(yè)也要率先達峰。中央經(jīng)濟工作會議已經(jīng)強調(diào)，加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、能源結構，推動煤炭消費盡早達峰。因此，碳達峰與碳中和政策對煤化工行業(yè)勢必會產(chǎn)生深遠的影響。

（1）有望迎來新一輪“供給側改革”

碳中和背景下，政策壓力將推動未來煤化工走高端化、清潔化路線，高碳排放的子行業(yè)的產(chǎn)能擴張將極度受限，未來新增項目審核難度將大幅提升，部分產(chǎn)能過剩行業(yè)或通過減量置換方式建設。另外，在嚴格的碳排放標準規(guī)定之下，煤化工行業(yè)成本會出現(xiàn)一定抬升，落后產(chǎn)能的淘汰或將加速。同時，碳中和政策也加大了行業(yè)的準入門檻，利好行業(yè)存量產(chǎn)能、行業(yè)內(nèi)的高效低耗優(yōu)質企業(yè)，煤化工行業(yè)將進入龍頭企業(yè)強者恒強的階段。

從成本的角度來看，強制性碳排放交易體系疊加配額縮減將系統(tǒng)性抬升化工企業(yè)的碳排放成本。根據(jù)是否具有強制性，碳排放權交易市場可分為強制性（或稱履約型）碳排放權交易市場和自愿性碳排放權交易市場，強制性碳排放權交易市場是目前國際上運用最為普遍的碳排放權交易市場。從碳配額總量角度看，隨著總量縮減，高碳排放企業(yè)不得不從市場上購買碳配額，化石能源的使用成本相應上升；而節(jié)能減排企業(yè)通過減少碳排放實現(xiàn)碳配額盈余，并通過出售碳排放配額獲得收益，從而增加企業(yè)使用清潔能源、減少碳排放的動力。

我們假設碳排放權價格為30元/噸，以此來分析碳排放交易對甲醇、乙二醇、合成氨和烯烴等產(chǎn)品生產(chǎn)成本的影響。從圖表15可以看出，因單噸碳排放量不同，碳排放帶來的成本大致在115.5-315.6元/噸，占價格的比例在3.50%-5.09%，將對企業(yè)盈利水平造成一定影響。落后產(chǎn)能因高耗能高排放將會承擔更高的成本，導致盈利水平下降，走向產(chǎn)能出清；而具有技術優(yōu)勢的企業(yè)可以利用自己優(yōu)勢降低能耗，同時還可以出售自己的碳排放權，獲得更多盈利，實現(xiàn)強者恒強。

（2）煤化工技術進步或將加快

碳中和必然會加速煤化工行業(yè)的技術升級，而通過先進的技術工藝，提高煤炭資源的利用率、降低產(chǎn)品的炭單耗不僅是實現(xiàn)碳中和的要求，也是企業(yè)構筑競爭壁壘的基礎。

以煤（合成氣）制乙二醇的技術發(fā)展歷程為例，隨著煤（合成氣）制乙二醇技術的不斷升級，單噸投資有了明顯的下降。前期傳統(tǒng)的煤制乙二醇項目，理論上萬噸乙二醇平均投資為1.27億元，但受限于早期技術不成熟，疊加技改投資增加、建設周期過長使得財務成本增加等因素影響，實際萬噸乙二醇投資在1.6億元以上，個別項目甚至超過了2億元。而近期已建和在建的項目，分別通過取消備用裝置和不可用設備，采用聯(lián)產(chǎn)，擴大規(guī)模，降低投資成本；利用尾氣或富余合成氣項目，降低生產(chǎn)成本；通過縮短建設周期，降低財務成本；使用新催化劑，提高生產(chǎn)效率；對副產(chǎn)品進行提純，增加收益。有的項目直接取消了備用氣化爐裝置，如寧夏鯤鵬、烏蒙山能化就沒有安排備用氣化爐。萬噸乙二醇投資已降至1.07億元左右。

另外，后期國內(nèi)將建設一批利用焦爐尾氣/電石尾氣/荒煤氣制富余合成氣的項目，這些項目不用再投資前段氣化裝置，相應減少了對空分裝置的需求，節(jié)約了項目投資成本，同時節(jié)約原料煤，降低生產(chǎn)成本20-30%。不僅起到了提高項目整體盈利能力的作用，而且符合綠色發(fā)展理念，對促進節(jié)能減排、推進生態(tài)環(huán)境保護有著十分重要的意義。因尾氣品類不同，投資成本也有區(qū)別，萬噸乙二醇投資已經(jīng)下降至0.5-0.9億元之間。

（3）從原子經(jīng)濟性角度探討煤化工減排思路

原子經(jīng)濟性考慮的是在化學反應中究竟有多少原料的原子進入到產(chǎn)品之中，旨在最大限度利用資源和從源頭減少廢棄物帶來的污染。原子利用率通常被用來衡量化學過程的原子經(jīng)濟性，原子利用率=（預期產(chǎn)物的總質量/全部反應物的總質量）×100%，原子利用率越高，反應的原子經(jīng)濟性越高。因此，提高化學反應的選擇性和原子利用率，是減少廢物排放、減少或避免環(huán)境污染的關鍵。圖表18給出了現(xiàn)代煤化工行業(yè)和傳統(tǒng)石化行業(yè)制取同種產(chǎn)品的原子利用率計算結果。

可以看出，現(xiàn)代煤化工行業(yè)制產(chǎn)品的原子利用率不高，很大程度上是生成了大量CO2，而這部分CO2多是直接排放到大氣。這與現(xiàn)代煤化工行業(yè)是以煤為源頭開始一步步地制取產(chǎn)品且原料煤中碳氫比低，而傳統(tǒng)石化行業(yè)制產(chǎn)品的原料來源途徑廣泛有著密切關系。以生產(chǎn)乙二醇為例，煤化工行業(yè)通常是先將煤通過煤氣化技術制合成氣CO、H2，再用間接法制乙二醇，原子利用率只有41.33%；而石油路線中的環(huán)氧乙烷水合法以石油裂解、催化裂化等方式分離出的乙烯為直接原料來制取，其原子利用率可達100%。

從原子經(jīng)濟性的角度分析，煤的氫碳原子比在0.2-1之間，石油、天然氣的氫碳原子比在2-3之間，而化工基礎原材料的三烯三苯氫碳原子比在1-2之間，單一原料為主的化工路線生產(chǎn)三烯三苯會造成原子利用上的極大浪費，出現(xiàn)煤化工碳富余、而油化工氫富余的局面。在有充足煤炭資源的條件下，若建立煤化工和石油化工的綜合園區(qū)，用煤炭提供熱量，通過技術革新降低加氫脫硫的耗氫量，從而利用節(jié)省下的氫原子和排放的CO2發(fā)展甲醇經(jīng)濟，就能實現(xiàn)節(jié)能減排；或者與天然氣化工聯(lián)合，如將煤化工裝置產(chǎn)生的CO2作為天然氣蒸氣轉化的調(diào)節(jié)碳源，讓天然氣轉化制合成氣的氫碳比符合甲醇合成氫碳比為2的要求，從而減少煤化工行業(yè)的碳排放量。

隨著現(xiàn)代煤化工行業(yè)面臨著日趨嚴格的環(huán)保要求和當前低油價的沖擊，如果考慮碳稅其成本優(yōu)勢大大被削弱。因此，在資源充足的條件下，將煤化工和石油或天然氣化工工藝裝置聯(lián)合，充分利用碳氫原子實現(xiàn)CO2減排，達到經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏，具有重要的意義。

五、意見與建議    

在全球努力在21世紀中葉實現(xiàn)碳中和的背景下，未來原油和煤炭作為燃料的比例將會逐漸減少，但其作為原料生產(chǎn)化學品的作用會越來越大。因此，只有及早調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、能源結構，企業(yè)才能從容應對“碳達峰”對行業(yè)造成的沖擊。與此同時，煤化工行業(yè)還需繼續(xù)抓好節(jié)能減排和污染防控工作，堅持綠色發(fā)展戰(zhàn)略，為“碳中和”目標作出行業(yè)應有貢獻，在社會上樹立起良好的形象。現(xiàn)代煤化工企業(yè)要認真研究、密切觀察、及時跟進我國在“碳達峰”和“碳中和”方面出臺的政策信號，未雨綢繆，早做準備。