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智库建议:调整天然气化工利用政策,助力碳中和

2021-09-03
  • 目前我国天然气化工利用政策,大体上沿袭了2007年版的规定:原则上,禁止发展新建天然气化工项目。

  • 能源化工行业智库亚化咨询建议:适当调整天然气利用政策,鼓励发展与CO2利用相关的项目,如CO2与天然气制甲醇等。产品既符合市场需要,也符合“碳中和”需求

  • 项目的经济可行性,由碳排放成本与当地天然气市场价格决定,企业自主抉择。

  • 13届煤制烯烃与新材料论坛2021将于928日在杭州召开。煤制烯烃与新材料项目的碳中和方案与思路将是重要议题。

 

目前的天然气化工利用政策,大体上沿袭了2007年版的规定,2012年做了细微的调整。天然气利用领域归纳为四大类,即城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工,并将天然气利用分为优先类、允许类、限制类和禁止类。原则上,禁止发展新建天然气化工。


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来源:亚化咨询《能源化工碳中和策略研究报告2021》

 

天然气四大利用方向中,城市燃气、工业燃料和天然气发电都是将天然气作为燃料使用,碳组分全部排放;而化工利用是将天然气作为原料使用,碳组分(部分或全部)保留在产品中。

 

2007年到2021年,跨越了“十一五”、“十二五”和“十三五”,已经进入“十四五”阶段。14年前制定的天然气化工利用的政策,符合当时的资源特点和行业要求。然而14年后,能源化工行业面对的国际与国内市场环境,已经发生了巨大的变化。亚化咨询认为:在“双碳”的新形势下,天然气利用政策如能适当调整,鼓励发展与CO2利用相关的天然气化工项目,对减少CO2的排放和能源化工企业转型,都将产生积极的助力作用。

 

——当用燃烧天然气时,烧掉的是什么?

 

三大化石能源都是以碳、氢为主要组成元素,煤炭、石油、天然气有不同的碳氢比。天然气含氢量最丰富,碳氢比为1:4;煤炭含碳量最高,碳氢比为1:0.8-1;石油居中,碳氢比约为1:2


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来源:亚化咨询《能源化工碳中和策略研究报告2021》

 

三大化石能源主要有三大用途:发电、用作燃料(交通燃料与民用燃气)、合成材料(塑料、橡胶、化纤等)。其中,天然气主要用于民用燃气、工业燃料和发电,石油主要用于交通燃料和合成材料,煤炭主要用于发电和合成材料。

 

以煤炭为例,用于发电的是燃料煤,碳组分几乎完全以CO2形式排放;用于合成材料(如煤制聚烯烃)的是原料煤,部分碳组分以高浓度CO2形式排放,大部分碳保留在产品中。主要的煤基材料产品如聚乙烯、聚丙烯等,碳氢比也约为1:2,与石油接近。

 

在全球一次能源消费中,三大化石能源合计占比为83%,其中石油31%,天然气25%,煤炭27%在中国一次能源消费中,三大化石能源合计占比为84%,其中石油19%,天然气8%,煤炭57%


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来源:亚化咨询《能源化工碳中和策略研究报告2021》

 

亚化咨询认为:本质上,当用天然气火力发电时,烧掉的是一种清洁的混合燃料。以重量计算,相当于含88%的清洁油品,掺混了12%的氢气。

 

乙烷和丙烷也可以看成清洁油品和氢气的组合,在全球和中国范围,这两种烷烃都优先用于化工原料,即丙烷脱氢(PDH)和乙烷裂解制乙烯。因此,将天然气(甲烷)优先用于燃料而不是原料,本质上是一种碳氢资源的“浪费”。

 

将天然气作为清洁能源用于民用燃气,首先是考虑城镇居民的炊食烹饪习惯,这部分难以用电力全部取代。除此之外,工业燃料、发电的天然气消费比例有大幅下降的空间。而这部分节约出来的天然气,与化工工艺排放的高浓度CO2结合生产甲醇,将成为极具潜力的方向。

 

亚化咨询认为:提升天然气利用的比例,降低煤炭消费,将是中国未来减碳的重要方向。而降低煤炭消费,重点在于减少燃料煤的使用;并利用天然气与CO2制甲醇的方式,提升原料煤的碳元素利用率。

 

在我国的电力结构中,石油发电的占比仅为0.1%,天然气发电占比3.2%,而煤炭发电仍占比63%。天然气发电对我国电力供应不构成根本性影响;相反,如果将这部分天然气用于与CO2利用相关的化工应用,对减碳将十分有利。此外,对于一些经济效益不高的工业燃料利用方向,天然气用量也可大幅减少。

 

——天然气产量与消费状况

 

国家能源局石油天然气司等部门近日公布的《中国天然气发展报告2021》显示:我国天然气多元供应体系持续完善,“全国一张网”基本成形。“十三五”时期累计建成长输管道4.6万千米,全国天然气管道总里程达到约11万千米。

 

天然气增储上产成效显著。“十三五”时期,油气勘探开发总投资1.36万亿元,年均增长7%2020年,全国天然气产量1925亿立方米,同比增长9.8%,产量增长连续4年超百亿立方米。天然气消费稳步增长。2020年,天然气消费量3280亿立方米,相比2015年增长1348亿立方米,增幅达70%“十三五”时期,新增天然气消费量同等量热值的煤炭相比,实现减排二氧化碳5.7亿吨、二氧化硫630万吨。

 

天然气产业的高质量发展,也成为拉动投资增长的重要引擎。“十三五”时期,勘探开发、基础设施建设、装备制造及下游利用等天然气行业直接投资约3万亿元。

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来源:亚化咨询《能源化工碳中和策略研究报告2021》

 

中国天然气产量增长主要集中在西南、长庆、塔里木等三大主产区,合计占全国新增天然气产量的70%左右。尽管“十三五”期间天然气产量累计增加近580亿m3,但仍明显低于规划目标。2020年页岩气产量约200亿m3,同比增长40%左右,4500m以浅资源具备建设百亿方产能潜力。

 

——利用天然气减碳的条件与可行性

 

据《bp世界能源统计2021》,2020 年中国能源市场在后疫情时代经济复苏利好的驱动下,2020 年中国的一次能源需求增长 2.1%2020年中国是为数不多的几个能源需求增长的国家之一。

 

中国的能源结构持续向绿色能源转型,2020 年中国能源结构中,煤炭占比 57%2020年,中国的石油进口依存度稳定在73%,而天然气进口比例降至 41%2020 年中国的碳排放连续第4年持续增长,增幅 0.6%,而碳排放强度降低1%2020年中国二氧化碳排放99亿吨。


2020 年,中国以光伏为代表的可再生能源消费增加15%,分别占全球可再生能源需求的 25%和全球增长的36%2020年,中国可再生能源消费增长,占全球可再生能源消费增长的三分之一。


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来源:亚化咨询《能源化工碳中和策略研究报告2021》

 

现代煤化工的碳排放中,约60%以上是工艺排放,主要来自于变换净化工序。合成气中的碳元素,有相当一部分通过后续变换生成CO2 排放到了大气中。这部分CO2的浓度很高,捕集的成本低。如果与天然气生产甲醇,本身就是重要中间原料,与下游装置协同效应好。

 

《报告》预测:2025 年天然气消费规模达到4300亿~4500亿立方米2030年达到5500亿~6000亿立方米,其后天然气消费稳步可持续增长,2040年前后进入发展平台期。

 

其中,如果能优化天然气利用方式,将30-40%的天然气用于CO2利用相关的高价值化工材料,则可转化掉1~2亿吨级的CO2,占到全部现代煤化工碳排放的15-30%,占到现代煤化工工艺排放的比例更高。

 

可再生能源在未来的“碳中和”进程中将发挥重要作用;同样,天然气的合理利用,也可助力能源化工行业“碳中和”。特别是在“双碳”背景下,对于企业而言,可能成为决定单个项目能否发展的“生死存亡”之关键。


亚化咨询主办的13煤制烯烃与新材料论坛2021将于928日在杭州召开,将探讨中国烯烃与新材料产业政策; MTO工艺与催化剂技术提升;工厂运行优化;单套80-100万吨/年大规模煤制烯烃装置的竞争力;煤制烯烃/大炼化/PDH/乙烷裂解制烯烃竞争力比较;高端化学品产业链发展方向;茂金属聚烯烃技术与产业趋势;副产品高价值利用和环保;煤制烯烃与新材料的“碳中和”思路与方案等。