朱維群：煤化工碳減排難題要盡早解決

在首屆煤炭清潔高效利用產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，山東大學(xué)化工學(xué)院教授朱維群做了一個(gè)關(guān)于“零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)開(kāi)發(fā)”的演講。據(jù)他介紹，山東大學(xué)全球首套碳排放的煤炭清潔利用開(kāi)發(fā)路線(xiàn)，將二氧化碳直接封存到煤化工的最終產(chǎn)品中，目前，已經(jīng)和企業(yè)合作進(jìn)行研究示范，這一技術(shù)在未來(lái)的成熟運(yùn)用將有助于解決煤化工行業(yè)的環(huán)保難題。在國(guó)家節(jié)能減排的大環(huán)境下，作為碳排放大戶(hù)的煤化工未來(lái)面臨的減排壓力在所難免，加快碳減排技術(shù)的創(chuàng)新、降低碳捕捉和封存成本成為煤化工行業(yè)的重點(diǎn)。

發(fā)展零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)

朱維群表示，碳減排與發(fā)展煤化工目前來(lái)說(shuō)是矛盾的，如煤制烯烴每噸產(chǎn)品大約排放10噸CO₂;煤制油每噸油品排放8.7噸CO₂;煤制天然氣每噸產(chǎn)品排放8.25噸CO₂。2015年煤化工行業(yè)的CO₂排放量約為4.7億噸，給我國(guó)碳減排帶來(lái)一定的壓力。所以，我們提出了零碳排放的煤炭清潔利用。

現(xiàn)有煤化工、燃煤電廠、鋼鐵工業(yè)、電解鋁、水泥等工業(yè)都排放大量的二氧化碳。煤炭的工業(yè)利用可分為下列三種主要形式：(1)煤炭在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳是燃煤發(fā)電的主要反應(yīng);(2)鐵礦石、鋁礬土等在一定工藝條件下用碳還原同時(shí)生成二氧化碳是鋼鐵工業(yè)和電解鋁工業(yè)的基礎(chǔ)反應(yīng);(3)煤氣化是煤化工的主要重要利用方式，由于煤炭中碳多氫少(C:H≈1:0.8)，變換反應(yīng)產(chǎn)生出二氧化碳。基于煤制甲醇反應(yīng)基礎(chǔ)上的新型煤化工如煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等工業(yè)路線(xiàn)都排放大量的CO₂和精制的N₂。

如果將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成二氧化碳含量最高的三嗪醇產(chǎn)品可形成二氧化碳零排放的煤炭清潔利用工業(yè)路線(xiàn)，從碳減排角度說(shuō)，這應(yīng)該是最佳的煤化工發(fā)展路線(xiàn)。

朱維群認(rèn)為，目前煤化工行業(yè)的環(huán)保難題主要是用水及廢水處理問(wèn)題，將來(lái)的環(huán)保問(wèn)題應(yīng)該是二氧化碳排放問(wèn)題。

我國(guó)幾乎所有煤化工項(xiàng)目都存在水耗高、排污量大等問(wèn)題。有測(cè)算表明，目前我國(guó)煤制氣裝置平均水耗6.9噸水/千立方米天然氣，煤直接液化為10噸水/噸油，煤制烯烴為22噸水/噸產(chǎn)品，煤間接液化為11噸水/噸油。要解決這些問(wèn)題，必須實(shí)施最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真執(zhí)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度，確保環(huán)境保護(hù)設(shè)施與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)使用。特別是在廢水排放上，要嚴(yán)格落實(shí)水功能區(qū)域限制納污紅線(xiàn)管理要求。

煤炭是碳含量最高的化石燃料，目前，煤化工排放的二氧化碳已大于煤炭本身燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。而解決CO₂排放問(wèn)題就是改變煤化工工藝，發(fā)展零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)。

朱維群說(shuō)，零碳排放煤炭清潔利用技術(shù)開(kāi)發(fā)路線(xiàn)不僅理論上可行，同時(shí)也有工程上的數(shù)據(jù)參考，而且也開(kāi)展了固碳產(chǎn)品三嗪醇的低碳利用。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，感到進(jìn)展不盡如意，我們沒(méi)有爭(zhēng)取到國(guó)家級(jí)的項(xiàng)目支持;與企業(yè)合作時(shí)企業(yè)首先關(guān)心的是工程化生產(chǎn)和產(chǎn)品利潤(rùn)問(wèn)題，并不關(guān)心二氧化碳減排。我們國(guó)家的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目由國(guó)家基金委歸口管理，國(guó)家科技部能否成立一個(gè)工程開(kāi)發(fā)管理部門(mén)，聯(lián)合國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局等單位，進(jìn)行項(xiàng)目的申報(bào)、中試及技術(shù)推廣工作?，F(xiàn)在我們國(guó)家項(xiàng)目管理重點(diǎn)在申請(qǐng)，能否放開(kāi)申請(qǐng)，重在項(xiàng)目監(jiān)管及后續(xù)成果推廣?

現(xiàn)代煤化工煤炭清潔利用方式還值得探討

我國(guó)煤化工在規(guī)?；?、大型化等方面確實(shí)走在世界前列，但現(xiàn)代煤化工作為煤炭清潔利用的主要方式還有待研究，現(xiàn)代煤化工(煤制油、煤制氣及煤制烯烴等)不僅排放大量的二氧化碳，而且總的能源轉(zhuǎn)化效率較低。作為一種戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備技術(shù)可以適度開(kāi)發(fā)，作為一種大規(guī)模煤炭清潔利用方式還值得探討。

從工藝角度，降低煤化工碳排放的突破口是改變工藝流程，開(kāi)展我們的零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)路線(xiàn)，這是降低煤化工碳排放的最有效方法之一，這是由煤炭的基本性質(zhì)所決定的。

對(duì)于煤化工企業(yè)并沒(méi)有將碳減排納入到投資中的問(wèn)題，朱維群表示，自工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)體系沒(méi)有重視二氧化碳的排放問(wèn)題，近年來(lái)由于CO₂溫室效應(yīng)引起全球氣候變化，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是世界特別是我國(guó)的必然選擇。不僅煤化工企業(yè)沒(méi)有將碳減排納入到投資中，我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)也沒(méi)有將碳減排納入到投資中，目前，我國(guó)只是在企業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)考慮環(huán)境容量(能評(píng))考察。隨著我國(guó)征收大氣污染物排放稅和全國(guó)碳交易市場(chǎng)的開(kāi)展，企業(yè)下一步應(yīng)該考慮二氧化碳減排問(wèn)題。

如果國(guó)家出臺(tái)關(guān)于碳排放這方面的硬性規(guī)定，現(xiàn)有煤化工企業(yè)將面臨更大的成本壓力。2015年煤化工行業(yè)的CO₂排放量約為4.7億噸，給我國(guó)碳減排帶來(lái)壓力。現(xiàn)在企業(yè)的環(huán)保投資，其實(shí)都沒(méi)有考慮到碳減排的成本，像煤制天然氣，如果征收碳稅，每立方米天然氣的成本將推高0.5元，這將是煤制天然氣的“死穴”。全國(guó)統(tǒng)一碳排放權(quán)交易市場(chǎng)計(jì)劃于2016年試運(yùn)行，碳稅也將加快推出，這勢(shì)必增加煤化工項(xiàng)目投資成本，影響其綜合競(jìng)爭(zhēng)力。一旦碳稅突破100元/噸，煤化工項(xiàng)目將難以承擔(dān)，目前的低油價(jià)已經(jīng)使現(xiàn)代煤化工企業(yè)盈利能力大為降低。

尋求低能耗、低排放技術(shù)路線(xiàn)

朱維群認(rèn)為，當(dāng)前煤化工的碳排放都有詳細(xì)的工業(yè)數(shù)據(jù)，如煤制烯烴每噸產(chǎn)品大約排放10噸CO₂;煤制油每噸油品排放8.7噸CO₂;煤制天然氣每噸產(chǎn)品排放8.25噸CO₂。2015年煤化工行業(yè)的CO₂排放量約為4.7億噸，給我國(guó)碳減排帶來(lái)一定的壓力。

改變傳統(tǒng)的高碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，尋求低能耗、低排放及低污染的低碳經(jīng)濟(jì)正成為我國(guó)及全球的戰(zhàn)略行動(dòng)。因此，我們提出并開(kāi)展了零碳排放的煤炭清潔利用技術(shù)路線(xiàn)開(kāi)發(fā)研究。在現(xiàn)有煤化工上通過(guò)調(diào)整工藝路線(xiàn)和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)零碳排放的煤炭清潔利用。

現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)品體系大都排放大量的二氧化碳，人們?cè)噲D在傳統(tǒng)工業(yè)路線(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行二氧化碳的封存利用，實(shí)踐證明在生產(chǎn)過(guò)程中排放大量CO₂特別是大量低濃度CO₂，再去捕集、封存、利用，往往得不償失。目前，在CO₂排放大戶(hù)燃煤電廠進(jìn)行CO₂封存利用還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)可行的方法。在生產(chǎn)中直接將CO₂作為反應(yīng)原料來(lái)合成產(chǎn)品是最好的CO₂封存利用。

利用煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)中普遍存在的高純度N₂、H₂和CO₂，反應(yīng)生成CO₂成分含量最高的三嗪醇是最清潔的煤化工利用路線(xiàn)之一。在此過(guò)程中沒(méi)有NO_x、SO₂的生成，也不排放CO₂。繼續(xù)合成高分子材料也是一條低碳工業(yè)材料路線(xiàn)，可以從碳減排角度，對(duì)各種工業(yè)材料路線(xiàn)進(jìn)行考察，推廣應(yīng)用低碳、低成本的工業(yè)材料。