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《中國煤化工》
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中國工程院院士劉中民:以煤為基推動多能融合
作者: | 來源:國家煤化工網 | 時間:2022-08-15

    我國一次能源消費結構以煤炭為主,煤炭消費量占能源消費總量的56%以上。以2020年煤炭消費為例,燃煤發電占52%,鋼鐵占17%,化工占8%。在未來較長時期內,煤炭仍是我國能源結構中的主導資源。

    6月底,全球規模最大的50萬噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業園區建成中交。該項目以煤為原料,生產無水乙醇并可聯產其他化工產品。項目預計9月開始投料試車。投產后,每年可節約生物乙醇原料糧150萬噸,對保障我國能源安全和糧食安全具有重要戰略意義。

    煤炭、石油、天然氣,這些埋存在地下經過數億年沉淀而形成的化石資源見證了人類工業革命以來的種種變遷。物轉星移,面對全球氣候變化的新挑戰,傳統化石能源將何去何從?如何安全穩定地實現能源綠色轉型?

    近日,《瞭望》新聞周刊記者專訪了中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民。他長期致力于能源化工領域應用催化研究與技術開發,為推動我國現代煤化工綠色低碳發展持續貢獻科研動力。

    他告訴記者,煤炭是我國能源產業主導資源,也是基礎工業主要的原料和燃料。近年來,我國在煤炭清潔高效利用技術方面取得了顯著的進步,部分技術已經走在世界前列。未來,要以綠色低碳為導向,持續推動我國能源體系安全轉型。

    以煤為基 保障我國能源安全

    《瞭望》:煤炭在我國能源資源中處于什么地位?

    劉中民:我國化石能源資源稟賦為“富煤、貧油、少氣”。

    從生產端來看,2021年我國能源的消費量和產量分別為52.4億噸和43.3億噸標準煤,能源自給率為83%,煤炭在其中發揮了主力軍的作用。

    從消費端來看,我國一次能源消費結構仍以煤炭為主,煤炭消費量占能源消費總量的56%以上。我國煤炭主要用于燃煤發電、工業生產及化工原料。以2020年煤炭消費為例,燃煤發電占52%,鋼鐵占17%,化工占8%。在未來較長時期內,煤炭仍是我國能源結構中的主導資源。

    我國能源資源稟賦決定著煤炭在經濟發展中發揮壓艙石作用。煤化工承擔著彌補石油資源不足、保障能源安全的任務。特別在當前復雜國際形勢下,煤制油氣及大宗化學品對保障國家能源安全及產業鏈、供應鏈安全具有極其重要的戰略意義。

    《瞭望》:在我國現有能源結構下,煤炭發揮保障能源安全壓艙石作用還需要突破哪些關鍵技術?

    劉中民:經過長期發展和國家持續支持,我國在大容量、高參數燃煤發電機組和煤直接液化、煤制烯烴等新型煤炭轉化等核心關鍵技術上已達到世界先進水平,但在超臨界燃煤發電技術、煤化工關鍵裝備等方面仍存在著較大差距。我們不僅要突破煤炭領域諸多關鍵技術門檻,還要破除各類能源之間轉化的壁壘,將煤炭放在能源結構綠色低碳轉型的全局中進行統籌布局。

    以煤為原料,通過氣化、液化、焦化等途徑制取油品和替代石油制取大宗化學品的現代煤化工,不僅可緩解石油供應緊張局面,同時也可彌補現有石油加工與石油化工行業的結構性缺陷,促進工業結構轉型升級;緊急情況下還可為油氣供應提供重要支撐。通過以合成氣、甲醇轉化為平臺,發展合成氣直接生產大宗化學品和高值化學品技術、甲醇耦合石油基原料(苯、甲苯、石腦油等)等關鍵核心技術,實現烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學品/燃料的合成技術變革,促進煤化工與石油化工的協調發展,構建更加合理的產業結構。

    我們應該認識到,跨領域、系統化、體系化的能源布局不僅有巨大的創新空間,還會產生巨大的整體節能減排效果。多能融合的新型能源體系將提高能源儲備和保障能力,保障我國能源及相關產業鏈、供應鏈的安全穩定。當前應發揮跨領域綜合交叉的碳中和重點科技專項作用,突破關鍵核心技術,加快形成全面支撐我國實現“雙碳”目標的技術體系,推動我國能源體系及工業結構全面升級。

    科技創新 推動煤炭清潔高效利用

    《瞭望》:我國在煤炭清潔高效利用方面取得了哪些創新成果?

    劉中民:近年來,我國在煤炭清潔高效利用技術方面成果頗豐,持續推動煤炭由燃料向燃料與原料耦合轉變,部分技術已經走在世界前列。煤化工已進入新一輪快速發展期,能耗指標明顯降低。

    一是燃煤發電機組供電煤耗逐步降低,正在努力提升調峰能力以支撐可再生能源發電的并網與消納。

    二是清潔低碳煤化工產業快速發展。截至2020年,煤制油、天然氣、烯烴、乙二醇等四大類投產項目累計完成投資約6060億元,產能分別達到931萬噸/年、51億立方/年、1122萬噸/年、597萬噸/年,年轉化煤炭約9380萬噸(標煤)。煤化工行業整體規模保持增長,產能利用率逐漸提高,多數裝置具備“安穩長滿優”運行能力,原料煤耗、綜合能耗、水耗持續下降,能效持續提升。

    三是煤化工技術持續創新。新一代合成氣制油技術已經開發完成,具備大型工業化的技術基礎;第三代甲醇制烯烴技術正在開展百萬噸級工業示范裝置建設,單套裝置處理能力大幅度提高,噸烯烴甲醇單耗比目前行業指標降低10%以上;煤制乙醇技術累計許可產能達到295萬噸/年,世界規模最大的50萬噸/年煤基乙醇項目計劃年內投產,將在替代糧食乙醇及鋼廠煤氣制乙醇方面發揮作用;以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯為平臺的含氧化合物產業鏈有望快速形成;合成氣直接制烯烴、芳烴等新技術均已取得突破性進展。

    四是重點高耗能行業節能降耗效果明顯,正在探索總體技術路線低碳化轉型升級!笆濉逼陂g,我國在工業過程節能提效方面加大科技創新力度,取得顯著成效。以水泥行業為例,與2015年相比,2020年規模以上水泥企業噸水泥熟料綜合能耗下降3.6%。開發的水泥回轉窯富氧燃燒技術,可使回轉窯節煤率達到8%。鋼鐵行業作為典型高耗能行業,深入推進節能減排,截至2021年底,1.4億噸鋼鐵產能完成全流程超低排放改造。采用氫基熔融還原冶煉技術成功生產出高純鑄造生鐵水。

    《瞭望》:由中國科學院大連化學物理研究所與延長石油集團合作的煤基乙醇科技示范項目取得了哪些突破?

     劉中民:今年6月底,全球規模最大的50萬噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業園區建成中交,標志著項目進入試車階段。該項目以煤為原料,生產無水乙醇并可聯產其他化工產品。按照3噸糧食生產1噸乙醇測算,這個項目建成投產后,每年可節約生物乙醇原料糧150萬噸,對保障國家能源安全和糧食安全具有重要戰略意義。

    煤基乙醇項目以煤基合成氣為原料,經二甲醚羰基化、加氫合成乙醇。該路線采用非貴金屬催化劑,可以直接生產無水乙醇,是一條獨特的環境友好的全新技術路線。另外,此項技術的中間產物乙酸甲酯也是大宗化學品,整個工藝路線可以按市場需求及時調整產品結構。這是新型煤化工產業化技術應用的又一次重大突破,奠定了我國煤制乙醇工業化的國際領先地位,為煤炭資源的清潔、高效、低碳利用開辟了具有戰略意義的新途徑。

    綠色低碳 促進能源安全轉型

    《瞭望》:我國推動能源安全轉型目前還面臨哪些挑戰?

    劉中民:國際碳中和行動的規模和影響日益擴大,亟需突破低碳技術壁壘。隨著《巴黎協定》的全面實施,綠色低碳成為當前全球能源系統轉型的主流。全球主要國家加快了低碳化乃至“零碳化”能源體系構建步伐。低碳能源技術創新進入持續高度活躍期,能源科技創新成為世界各國爭奪的制高點。區塊鏈、信息技術、人工智能等數字化技術與低碳能源行業深度融合,助推能源行業重塑產業形態,能源轉型將給世界地緣政治格局和經濟社會發展帶來重大而深遠的影響。

    鑒于我國“富煤、貧油、少氣”的能源資源稟賦及現有能源和基礎工業結構中以煤為主的現實國情,我國能源結構綠色低碳轉型將面臨前所未有的挑戰,是一場系統性的能源革命和工業流程變革。一是發展過程中進行轉型。我國能源結構調整必須滿足經濟社會發展需要,具有基礎和支撐地位的能源需求與工業生產必然在較長時期內繼續呈上升趨勢。二是必須立足于我國能源資源稟賦。到2030年,能源消費總量要控制在60億噸標煤以內。要滿足能源消費總量需求且低碳發展,必須立足于我國能源資源稟賦的現實國情。在充分分析我國可再生能源資源基礎上制定綠色低碳轉型策略?傮w上,我國未來滿足巨大能源消費需求,煤炭和光伏將發揮重要作用。三是必須充分重視碳達峰碳中和的時間約束。我國從碳達峰到碳中和的時間僅有30年,遠低于美國和歐洲等國家和地區。在時間約束下,必須充分重視低碳技術的引領作用,以能源科技革命促進能源革命。

    同時還要注重能源轉型風險分析和對策研究。能源轉型的底線是安全,包括能源安全和產業鏈、供應鏈安全,目標是低碳化健康發展。應該看到,能源轉型與“雙碳”目標密切相關,是一個逐步實現的調整過程。

    《瞭望》:結合近年來歐洲實際來看,能源轉型期容易出現能源緊缺現象,對我國能源實現安全穩定轉型還有哪些建議?

    劉中民:科技創新是保障能源安全穩定轉型的根本所在。要立足我國能源資源稟賦的現實國情,契合我國工業化、城鎮化與人民生活水平提高,立足全局系統分析我國低碳發展與科技創新路徑,對重點領域低碳技術發展優先序進行評估。低碳發展及技術創新應注重相關技術經濟性、成熟度和減排潛力,同時高度關注顛覆性技術創新和保底技術。在此基礎上系統布局科技攻關專項,打破行業間壁壘,發揮國家體制優勢形成團結協作的創新體系,爭取在重點領域優先取得關鍵技術突破,以系列關鍵技術突破構建多能融合技術體系,并選擇典型區域及時布局相關產業,為能源安全穩定轉型提供技術保障的同時,探索中國特色的“雙碳”發展路徑。

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