1 引言

全球气候变化已经成为当今世界面临的重大问题，温室气体排放的增加导致了全球气温上升、极端天气频发等一系列环境问题。为了应对这一挑战，各国纷纷提出了减少碳排放的战略目标。中国在2020年明确提出了“碳达峰”和“碳中和”目标，力争在2030年前实现碳排放达峰，在2060年前实现碳中和。这一目标的提出，彰显了中国应对全球气候变化的决心，也为国家经济结构的转型升级指明了方向。实现经济社会发展与环境保护的协调，成为全球各国，特别是中国需解决的重要课题。

煤炭作为我国最主要的能源之一，长期以来在国民经济中占据着举足轻重的地位。煤化工行业的高碳排放特性使得其在实现“双碳”目标的过程中面临巨大的压力。煤化工包括煤气化、煤制油、煤制天然气等多个技术领域，这些传统煤化工技术在推动能源转型的过程中存在着显著的碳排放问题，需要进行技术创新和绿色转型。在满足能源需求的同时，降低煤化工行业的碳排放，成为煤化工领域的重大挑战。

2 双碳目标下煤化工行业的现状与挑战

2.1煤化工行业的碳排放现状与问题

由于煤炭的高碳排放特性，煤化工的生产过程在满足能源需求的同时，伴随着大量的二氧化碳排放。据统计，煤化工行业的碳排放量占我国能源领域碳排放总量的较大比例，成为实现“双碳”目标的主要瓶颈之一。煤气化、煤制油和煤制天然气等工艺虽然在能源转换过程中具有一定的技术优势，但在碳排放的控制和能源效率的提升上仍面临较大挑战。在传统煤化工技术中，碳捕集和利用技术（CCUS）尚未得到广泛应用，导致大量的二氧化碳排放直接进入大气，增加了全球气候变化的风险。

现有技术仍存在能源利用率低、资源浪费严重的问题，很多煤化工工艺的生产效率并不理想，甚至在部分环节中，能源消耗和排放较为突出。煤化工产业的转型和升级迫切需要通过技术创新和工艺改造，减少碳排放，提升能源利用效率，才能适应“双碳”目标下的环境要求^[1]。

2.2双碳政策对煤化工行业的影响与推动

从宏观政策层面看，中国政府通过制定碳排放权交易制度、出台碳排放标准、加大绿色产业的财政支持等手段，推动各个行业特别是高碳排放的传统产业进行绿色改造。煤化工行业作为重点关注对象，也在政策推动下逐渐加快转型步伐。例如，国家对煤化工产业中低碳技术的支持力度不断加大，包括财政补贴、税收优惠、绿色信贷等政策，推动企业加大对低碳技术的研发投入。

碳排放配额制度的实施使得煤化工企业的排放成本上升，平衡碳排放权的购买与低碳技术的投资，成为行业发展中的重要问题。在煤化工技术升级过程中，企业面临着技术改造的高成本和较长的投资回收周期。政策在促进煤化工行业绿色转型的同时，也需要更细化的实施措施，帮助企业克服技术创新和资金投入的压力。

2.3行业转型中的机遇与挑战

随着低碳技术的不断成熟，煤化工产业的绿色化、低碳化发展方向逐渐清晰。以煤气化为核心的煤化工技术在低碳化改造方面已经取得了一定进展，低碳煤气化技术的应用导致煤化工生产过程中碳排放减少，具有较大的市场前景。碳捕集与利用（CCUS）技术的发展为煤化工行业提供了实现减排目标的有效途径。捕集煤化工生产中的二氧化碳并进行循环利用，CCUS技术能够减少碳排放，还能为煤化工企业开辟新的经济增长点。

传统煤化工技术依赖较强的原料和能源消耗，短期内要实现彻底的绿色转型需要大量的技术改造和资金支持。即便是新型低碳煤气化技术、煤制油和煤制天然气等技术的研发也需要较长时间的技术验证和产业化应用，企业的短期投入与回报之间的矛盾仍是一个关键难题。煤化工企业的环保责任逐步加强，环保设施的投资和排放标准的提高，行业运营成本不断上升。全球能源市场的不确定性和国内外政策环境的变化，也给煤化工行业的转型带来了一定的风险。

煤化工行业在转型过程中也借助可再生能源的崛起和氢能等新兴技术的应用，开辟出新的发展道路。绿色技术的不断创新让煤化工行业的低碳发展具有了更多可能性。煤化工企业通过技术突破、优化工艺和提高能源效率，实现与“双碳”目标的同步发展，在满足能源需求的同时，助力经济和环境的双赢局面^[2]。

3 新型煤化工技术的低碳创新

3.1低碳煤气化技术及其应用

煤气化技术是煤化工中的关键工艺之一，它通过高温气化过程将煤转化为合成气（主要成分为一氧化碳和氢气），可用于生产合成氨、甲醇、燃料等化工产品。然而，传统的煤气化过程伴随着大量的碳排放，在气化炉的高温下，二氧化碳的排放量显著。为了应对“双碳”目标下的排放压力，低碳煤气化技术逐渐成为煤化工行业的重要创新方向。

低碳煤气化技术的核心是通过优化气化过程和引入碳捕集与利用（CCUS）技术，显著降低二氧化碳的排放。采用富氧气化、气化炉内脱硫、分层燃烧等新技术，能够有效提高煤气化过程的能源利用效率，减少碳排放。例如，富氧气化技术利用富氧气体代替常规空气，降低了煤气化过程中氮氧化物的生成，提高了气化炉内煤的气化效率，减少了碳排放分层燃烧技术通过调整气化炉内部的温度分布，优化了燃烧过程，使得气化效率得到提升，减少了二氧化碳的排放。

一些大型煤化工企业通过采用低碳煤气化技术，提升了煤的转化效率，还在一定程度上减少了生产过程中的碳排放。随着技术的不断进步和成本的降低，低碳煤气化有望在更大范围内得到应用，为煤化工行业的低碳转型提供技术支持^[3]。

煤焦化过程，大致可分为三个阶段。第一个阶段，即 0～300 ℃之间，该阶段中煤通常不会出现变化，但是能对煤做脱水工作以及脱气工作。等到温度升至

300～600 ℃之间时，酶会发生分解反应和解聚，并黏结成半焦。该阶段中煤会产出焦油，以及部分气体[。第 3 个阶段也就是 600～1 000 ℃之间，半焦会逐渐向焦炭的形态转变，这也是煤炭焦化技术的最终阶段。

3.2煤制油与煤制气中的碳捕集与利用（CCUS）

碳捕集与利用（CCUS）技术在煤制油和煤制气中的应用，成为解决碳排放问题的重要手段。CCUS技术的核心是将生产过程中产生的二氧化碳捕集起来，进行压缩、运输并储存，或者通过化学、物理方法将二氧化碳转化为有价值的化学品或能源。在煤制油过程中，二氧化碳捕集技术可以将原料煤转化过程中的二氧化碳捕捉并储存，从而减少其排放到大气中。而在煤制气过程中，CCUS技术减少二氧化碳的排放，还能够在合成气的过程中进行二氧化碳的回收，提高能源利用效率。

例如，在煤制油的示范项目中，碳捕集与利用技术已经得到初步应用，通过安装捕碳设施，捕捉煤制油过程中产生的二氧化碳，并将其储存于地下储层或转化为有价值的化学品（如甲醇、尿素等）。有效减少煤制油和煤制气过程中的碳排放，为实现煤化工行业的低碳发展提供了新的技术路径^[4]。

3.3提升能源效率的技术路径

通过采用高效的热能回收系统、优化反应过程和设备设计，有效减少能源损失。例如，应用先进的热交换技术，将煤化工过程中产生的废热进行回收利用，用于预热原料或其他工艺流程，减少外部能源消耗。改进催化剂技术、提高反应温度和压力，能够加速煤化工反应，提高反应速率和能源转化效率。

将煤化工中的多个单元操作进行优化组合，减少中间能源消耗和物料损失。例如，煤气化与煤制油、煤制气工艺的集成，能够在提高原料利用率的同时，降低能源消耗。工艺流程的优化设计，通过精确控制各环节的能量流动，减少不必要的能源浪费，也是提高煤化工能源效率的重要路径。

智能化控制系统能够实时监控煤化工过程中的能源消耗情况，数据分析和预测，精确调整能源使用策略，确保能源利用的最优化。随着人工智能、大数据等技术的发展，数字化技术将在煤化工行业中发挥越来越重要的作用，推动能源效率的提升。

4 新型煤化工技术的未来发展方向

4.1可再生能源与煤化工的融合发展

可再生能源与煤化工的融合发展，成为新型煤化工技术的重要发展方向。太阳能、风能和生物质能源等可再生能源可以与煤化工技术结合，通过“绿氢”制备、可再生能源驱动的煤气化等方式，推动煤化工向低碳、清洁化发展。

例如，利用风能和太阳能发电制备氢气，再将氢气用于煤气化工艺中，减少煤化工过程中的碳排放，还能提高煤化工的能源利用效率。此类技术通过将可再生能源与煤化工的生产环节有机结合，能够有效降低对煤炭的依赖，实现煤化工的绿色转型。生物质能源的利用能够在煤化工中提供一定的原料支持，降低化石燃料的使用比例，减少碳足迹。

新能源与煤化工的融合还可以体现在碳捕集、利用与储存（CCUS）技术的应用上。可再生能源的电力为CCUS提供能源支持，推动二氧化碳的捕集与转化，实现煤化工生产中的碳中和或负排放。随着技术的逐步成熟，新能源与煤化工的深度融合有望成为未来煤化工行业的重要发展方向，为全球能源转型与“双碳”目标的实现贡献力量^[5]。

4.2氢能、燃料电池等新兴技术的潜力

在煤化工领域，氢能的应用潜力巨大，在“煤-氢-碳”循环经济模式中，氢气作为重要的能源组成部分，降低煤化工的碳排放。在煤化工过程中，氢气用于煤气化反应中作为合成气的组成部分，还能作为燃料替代煤炭，减少二氧化碳排放。

燃料电池作为氢能应用的核心技术之一，也在煤化工领域展示了较大的发展潜力。燃料电池通过氢气与氧气的化学反应产生电能，几乎不排放污染物，具有显著的环境友好性。燃料电池技术的突破，将为煤化工行业的低碳转型提供更多的可能性。例如，煤化工企业通过燃料电池发电，将煤化工中的副产品和废气进行转化，从而实现废气的能源回收和污染物的减少。

氢能的制备技术也在不断发展，利用煤气化过程生产氢气的技术，逐渐得到业界认可。在煤化工过程中引入高效的氢气生产技术，能够满足煤化工的能源需求，还能为氢能产业的发展奠定基础。随着氢能制备技术的不断进步，煤化工与氢能的融合有望成为未来能源产业中的重要发展趋势。

4.3新型煤化工技术的技术壁垒与突破

煤化工领域的低碳技术普遍处于技术成熟度较低、产业化进程较慢的阶段。许多先进的低碳煤气化技术、碳捕集与利用技术等仍处于实验室研究或小规模示范阶段，尚未能够实现大规模应用。在碳捕集与利用技术方面，虽然理论上能够减少大量二氧化碳排放，但在技术实现和经济性方面仍面临较大的挑战，技术成本高、转化效率低等问题尚未得到有效解决。

煤化工产业的设备更新换代速度较慢，许多传统设备仍然存在着高能耗和高排放的问题。煤化工企业在进行技术升级时，面临着较高的初期投资成本，且升级过程需要较长的时间周期。

煤化工技术的创新需要跨学科的技术融合，如化学工程、材料科学、能源工程等多个领域的合作。现有的煤化工技术研发体系尚未完全突破学科界限，导致技术创新的速度相对较慢。为了加速新型煤化工技术的突破，必须加强基础研究和应用研究之间的衔接，提高多学科交叉合作的效率。

为了克服这些技术壁垒，煤化工行业需要加大研发投入，推动技术创新和示范应用。通过加速低碳技术的实验研究和示范应用，探索更加经济、高效的技术路线，打破传统煤化工技术的局限，推动新型煤化工技术向大规模产业化迈进。政策的支持和市场激励也将为技术突破提供必要的保障，推动新型煤化工技术在未来的快速发展。

5 国内外实践案例与经验

以陕西省的神华煤化工公司为例，该公司通过引入低碳煤气化技术、优化煤气化工艺，减少了煤炭气化过程中的二氧化碳排放。神华煤化工采用了富氧煤气化技术，技术在气化过程中通过富氧气体替代常规空气，提高了气化效率，还显著减少了煤气化过程中的氮氧化物排放。

在该项目中，煤化工厂通过设置捕碳设备，将气化过程中产生的二氧化碳捕集并进行储存，减少了二氧化碳的排放量。低碳煤气化技术与CCUS的结合，在煤化工领域具有重要的应用前景，为其他煤化工企业提供了可行的参考路径。

6 结论

新型煤化工技术在“双碳”目标驱动下，具有广阔的发展前景。低碳煤气化技术、碳捕集与利用（CCUS）技术以及可再生能源与煤化工的融合等创新技术，有望大幅降低煤化工的碳排放，提高资源利用效率。随着技术进步和政策支持的不断加强，煤化工行业将逐步实现绿色转型，为实现“双碳”目标和推动全球能源转型贡献力量。

参考文献：

[1]牛志军.双碳背景下的新型煤化工技术分析[J].山西化工,2024,44(01):266-268.

[2]青春,常桂英,张散斯尔.双碳背景下的新型煤化工技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2021,(22):20-22.

[3]吴珮璐.双碳背景下CO2输送系统的集成与应用策略[J/OL].油气储运,1-12[2024-12-17].

[4]王英钰,刘逢,孙紫莹,等.“双碳”背景下CSR带动江苏制造业绿色创新的路径研究[J].中国商论,2024,33(23):140-143.

[5]卢莹磊,龙旭,王珂莹,等.“双碳”背景下热解气化技术在中药固体废弃物制燃气中的应用与探索[J/OL].中国中药杂志,1-15[2024-12-17].