近日，国际能源署（IEA）煤炭工业咨询委员会（CIAB）工作组发布《亚洲净零未来进程中低排放煤炭技术的作用》报告，提出支持先进低排放煤炭技术创新以应对亚洲减排挑战。报告第7章针对煤气化制化学品技术进行了详细分析，关键要点如下：
一、煤气化工艺
煤气化生产化学品和燃料的主要途径有3条：①利用甲醇作为中间体制烯烃的MTO技术；②基于合成气的费托技术；③煤直接液化生产燃料。煤气化的技术已经成熟，但提高合成气的生产和运行效率的相关工艺设计仍在不断发展。例如，通用电气/德士古（General Electric/Texaco）的水煤浆气化炉目前有70多家工厂正在使用（尤其是早期工厂）；壳牌干粉加压流化床反应器由空气产品公司（Air Products）部署，即将用于最近宣布的印度尼西亚项目。其他反应器设计包括西门子干煤粉气流床反应器、部署在南非Sasol的Lurgi反应器、Synthesis Energy的U-GAS气化炉，以及由中国设计的HT-L航天粉煤加压气化技术，该反应器在中国的粉煤气化工艺中具有很强的竞争力。
自2018年以来，扩建和新建煤化工项目一直持续推进。尽管煤气化过程主要是将碳元素固定在化工产品中，但碳排放强度仍然是行业的首要关注点。通常情况下，生产1吨甲醇需要2.5吨煤，而大量的碳以二氧化碳的形式被释放。同样，对于合成甲烷，煤炭中超过一半的碳以CO2的形式排放，生产1吨合成天然气需要约2.5吨煤，二氧化碳排放量接近8吨（考虑到灰分）。
中国引领着全球煤气化技术的发展，受到“一带一路”倡议的影响，在非洲和亚洲其他地区也建立了新的煤基化学品和燃料工厂。最近印度计划投资100亿美元用于煤气化生产化学品的设施建设，项目设备主要采用空气产品公司的技术生产尿素和燃料。煤制化学品和燃料行业正在以前所未有的速度扩张，部分原因是许多地区的电力行业都在放弃使用煤炭，从中长期来看，可能会抑制煤炭原料的价格。
新型煤化工设备——气化和液化
中国目前在建的煤化工工厂有150家，另有220个项目已经公布，预计将在2023年底开始启动建设。合成气制甲醇是MTO工艺的基础，到2024年预计需要气化1.25亿吨煤来生产5200万吨聚酯。因此每年需增加1000万吨的甲醇产量，来用于生产烯烃和单乙二醇（MEG，聚酯纤维的生产原料）。生产的烯烃多用于制备聚乙烯和聚丙烯，到2023年年产量将增加1000万吨，使当前产量翻番。
煤炭转化为燃料的步伐也在加快，2021年实现每年甲醇制汽油（MTG）的产能为100万吨。总体而言，费托合成和煤液化相关产品的年产量将增至3300万吨。对于重质组分，煤加氢和煤焦油技术计划到2023年将产能再增加1亿吨。
中国的煤化工战略包括部署生产聚氯乙烯（PVC）、纯化对苯二甲酸（PTA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET、苯乙烯、芳烃、硝酸、三聚氰胺（由尿素制成）和丙酸等）等设施。截至2019年底，中国已经在煤化工领域投资850亿美元，而且这一数字还将继续增加。例如，近期恒力宣布投资200亿美元，用于建设将煤炭通过乙二醇中间体转化为聚酯的项目，该项目可以将2000万吨煤转化为900万吨的聚酯，计划2025年投入运营。煤化工领域的其他龙头企业还包括神华集团和中国石化。例如中国石化的一个旗舰项目是年产170万吨的煤基MTO项目，交付了产能为505563 立方米/小时（以CO+H2计）的合成气设备和产能为每年180万吨的甲醇设备（以100%甲醇计）。
二、中国煤制天然气和氢气发展现状
近年来，中国对天然气的需求量逐年上升，2021年煤制天然气（SNG）产能达到了每年650万吨，2024年之前将增至每年1亿吨。如果将煤转化为氢并随后用来合成氨，那么到2021年需要增加1020万吨的产能，到2024年可能增至2000万吨。由CO2和氨合成的尿素可以用作肥料，为从气化厂捕集CO2提供减排方案。目前，从陕西的工业设备中回收CO2，利用可再生能源产生的氢气，通过日立造船（Hitachi Zosen）的甲烷生产技术每年可生产350万吨的甲烷，由于从煤气化工厂回收CO2比发电厂更容易，因此，该方法将是部分CO2封存的一种替代策略。
三、国外煤制化学品和燃料发展现状
部分国外的气化项目如表1所示，其中一些与“一带一路”倡议有关，旨在向发展中国家推广煤炭技术，鼓励采用本国煤炭而不是进口的石油和天然气。空气产品公司计划投资20亿美元建立位于印度尼西亚加里曼丹的年产200万吨煤制甲醇工厂（600万吨/年原料），以减少石油进口并应对印度尼西亚煤炭出口预期下降的影响。该工厂将销售甲醇，以生产从甲醛中提取的热固性聚合物，这些项目仍在评估中。目前二甲醚的生产成本仍在490美元/吨左右。这个数字还不包括预计将达到20-40美元/吨CO2的碳捕集成本。Coal India计划在孟加拉的丹库尼建造年产60万吨的煤制甲醇工厂，甲醇与汽油以15：85的比例形成混合燃料，避免了100%甲醇的相关安全问题。总体而言，印度每年将消耗1亿吨煤用于煤气化制燃料、肥料和化学品，预计未来10年总投资550亿美元，以建立一个新的煤化工行业。
表1 国外煤化工和燃料工厂的发展情况
四、煤焦油和沥青制化学品发展现状
从煤焦油和沥青中间体可获得的化学品有1000多种，表2中提供了主要产品的详细信息。上部分为煤焦油馏分衍生品，下部分为沥青产品。石脑油衍生物等可用作混凝土添加剂的馏分产品的需求也在增加。
表2 煤焦油和沥青主要产品及其用途
五、煤气化技术实现脱碳目标的对策建议
煤气化是中国乃至整个亚洲地区一项重要的技术，因此如果要实现近零排放目标，减少化工行业的CO2排放，特别是在煤气化制化学品方面的相关措施至关重要。如前文针对钢铁、水泥和铝行业所述，基于一系列方法，包括：①“燃料”转换为氢氨、生物质和通过气化发电产生的电力等低排放能源；②提高能源效率；③部署当前最佳和未来的创新技术，包括碳捕集、利用与封存（CCUS）。
短期内，通过发展先进的气化技术来避免产能下降，优化工业基础设施来提高煤化工能效，每年可减少CO2排放1.2-2.4亿吨。从中期来看，燃料替代、CCUS和国际能源合作将变得越来越重要。由于气化器的合成气流中CO2浓度和分压均较高，因此使用Selexol和Rectisol™型技术的预捕集系统可能比基于胺的后捕集技术更有效。
其他针对化学品生产的措施包括：（1）氨：合成氨过程中每年产生的0.5亿吨CO2通常被转化为尿素肥料。但是尿素在使用时会将CO2重新释放到大气中。为了避免这一现象，尿素可以用绿氨生产的硝酸盐肥料代替，或者使用低排放氢气来生产氨。其它的创新策略包括甲烷分解和高温电解，这些方法仍处于实验室研究阶段。（2）乙烯：乙烯是一种用于制造塑料的基础化学品。乙烯的生产同样会排放CO2，因此塑料回收能有效降低与乙烯生产相关的碳排放。此外，塑料制造商可以使用低排放氢气或生物质来加热热解炉，实现减排目标。
