《一、前言 》

一、前言

我国是 CO2 的排放大国，主要排放源来自煤 炭利用。根据国际能源署公布的数据，2012 年我 国共排放约 8.25×109 t CO2，位居世界第一，占全 世界排放总量的 26 %，其中煤炭的贡献比重占到 82.3 %[1]。随着我国的经济增长，煤炭消费量也逐 年攀升，2014 年我国消费煤炭约 3.51×109 t，虽然 相比 2013 年下降 2.9 %，出现了 15 年来首次负增长， 但仍比 2010 年增长约 9.7 %。我国的煤炭消费量仍 处于高位，碳排放量居高不下。根据全球碳计划公 布的 2013 年度全球碳排放量数据，我国的 CO2 排 放量占世界排放总量的 29 %[2]，人均碳排放量首 次超过欧盟，我国在国际上面临的碳减排压力越来越大。

在煤炭利用中，目前煤化工（包括炼焦）的 耗煤量约占我国煤炭消费总量的 23.3 %。近年来， 由于巨大的利润空间，以及我国煤替油战略的实 施，各地纷纷建设和规划大规模的新型煤化工项 目，发展势头表现强劲，预计未来新型煤化工的 碳排放量会发生飞跃式的增长。但是通常讨论煤 化工的碳排放问题时，人们往往会忽略由于煤化 工发展所带动的相关煤炭产业链的变化，因此对 问题的认识缺乏全面性。本文采用生命周期评价 的方法，以煤制烯烃、煤间接液化、煤直接液化、 煤制天然气作为新型煤化工的代表，分析了从煤 炭生产到产品消费的整个产业链的碳排放现状和 趋势，从而全面认识新型煤化工发展给气候变化 带来的潜在影响。

《二、新型煤化工产业现状与发展趋势》

二、新型煤化工产业现状与发展趋势

《（一）煤制烯烃》

（一）煤制烯烃

根据调研统计，截至 2014 年年底，煤经甲 醇制烯烃（CTO）已有 6 个项目投产，合计产能 2.90×106 t，分别为神华包头 6×105 t 项目和中原 石化 2×105 t 项目、惠生南京 3×105 t 项目、宁波 禾元 6×105 t 项目、中煤榆林 6×105 t 项目和延长 石油靖边能源化工 6×105 t 项目。煤经甲醇制丙烯 （CTP）已有两个项目投产，合计产能 1.46×106 t， 分别为 1×106 t 神华宁东项目和 4.6×105 t 大唐多 伦项目。近年来，由于高油价和低煤价造就了巨大 的利润空间，煤经甲醇制烯烃技术又在近年来取得 重大技术突破，所以各地积极规划煤经甲醇制烯烃 项目，希望利用当地煤炭资源创造显著经济效益。 根据调研，在建的煤经甲醇制烯烃项目合计产能 3.5×106 t，还未通过审批的煤经甲醇制烯烃规划项 目多达 30 个，规划产能 1.477×107 t。煤经甲醇制 丙烯的规划项目近 10 个，规划产能 5.91×106 t。

《（二）煤间接液化 》

（二）煤间接液化

根据调研统计，截至 2014 年年底，煤间接液 化现状产能 5×105 t，分别为 1.6×105 t 潞安项目、 1.8×105 t 神华鄂尔多斯项目和 1.6×105 t 伊泰项目， 3 个项目均已实现稳定示范生产。在建的有 6 个项 目，分别为 1.8×106 t 潞安项目、1×106 t 兖矿榆林 项目、4×106 t 神华宁东项目、1×106 t 伊泰新疆伊 犁项目、2×106 t 伊泰新疆甘泉堡项目和 1.2×106 t 伊泰内蒙古杭锦旗项目，合计产能 1.1×107 t。此外， 根据调研，规划产能约 1.2×107 t。

《（三）煤直接液化》

（三）煤直接液化

目前，煤直接液化技术尚处于工业示范阶段。 由于其技术难度大、投资风险高，只有神华集团 有限责任公司一家企业在示范该技术。神华集团 有限责任公司的煤直接液化一期第 1 条生产线年产 1.08×106 t 油品到目前运行顺利，如第 2、3 条线 建成之后产能将达到 3.24×106 t。

《（四）煤制天然气 》

（四）煤制天然气

煤制天然气是近年来我国煤化工发展的热点之 一。根据调研统计，截至 2014 年年底，已投产的主 要有 3 个，分别是大唐克旗一期工程（1.33×109 m3 ·a –1）、新疆庆华伊犁一期工程（1.375×109 m3 ·a –1） 和内蒙古汇能一期工程（4×108 m3 ·a –1），合计产能 3.105×109 m3 。据统计，在建和审批通过的项目高 达 9.57×1010 m3 ·a –1。此外，根据调研，还未通过审批的煤制天然气规划项目产能约为 8.6×1010 m3 。

在以下的分析中，将已投产产能作为现状产能， 将现状产能和获批产能之和作为中期产能，将中期 产能和规划产能作为远期产能。上述 5 种新型煤化 工的现状、中期和远期产能及原料煤耗如表 1 所示。 从 3 个阶段的产能变化可以看出，新型煤化工目前 处于快速发展的起步阶段，随着技术不断突破、示范项目稳定运行，大规模的商业化运营已逐渐展开， 尤其煤制天然气、煤制烯烃和间接液化是新型煤化 工的发展热点。新型煤化工的发展必然会带动煤炭 消费量的增加，从煤炭消费量看，5 种主要新型煤 化工中期煤耗将为现状的 9.9 倍，增加近 3.9×108 t， 远期煤耗潜力甚至达到现状的 20 倍，比现状增加 8.6×108 t，新型煤化工的发展意愿呈现出过热势头。

《表 1》

表 1 新型煤化工的现状、中期、远期产能及原料煤耗（单位：104 t* ）

注：* 煤制天然气产能的单位为 108 m3 。

《三、新型煤化工生命周期碳排放研究边界》

三、新型煤化工生命周期碳排放研究边界

本文将在上述新型煤化工发展规模趋势的前提 下，从生命周期的角度，评估 5 种新型煤化工将会 带来的 CO2 排放趋势。五种新型煤化工生命周期边 界均从煤炭生产开始，到产品消费结束。主要包括 原料煤生产、煤炭运输、煤炭转化、产品运输、产 品消费、废弃产品的处置和回收 6 个环节。由于废 弃产品的处置和回收数据难以获取，该环节未包含 在本文的边界内。煤化工生命周期中用到大量电力， 而电力生产将产生大量 CO2，尤其是在我国以火电 为主的情况下，所以本文将电力生产环节纳入研究边界。其余煤化工生命周期中使用的原料由于使用 量较少，或生产过程没有显著的 CO2 排放，均不纳 入本研究边界。

本文主要关注 CO2 排放（包括同样属于温室气 体的甲烷），所以与 CO2 排放无关的过程输入输出 清单不再分别列出。新型煤化工生命周期各环节的 能源输入和 CO2 排放如图 1 所示。

《图1》

图 1 新型煤化工生命周期系统边界

《（一）原料煤生产》

（一）原料煤生产

煤炭生产的直接碳排放主要包括两个方面， ①煤炭开采前和开采中抽放的瓦斯气，即甲烷。根 据调研，排放量为 6.15 立方米 · 吨煤炭 –1，而 1 t 甲烷的温室效应当量为 21 t CO2 [3]，从而计算出生产 1 t 煤炭的由于瓦斯排放而造成的碳排放为 0.092 t； ②燃烧柴油排放的 CO2。根据文献，生产 1 t 煤炭 需耗油 0.001 t [4]，而燃烧 1 t 柴油排放 3.16 t CO2 [3]， 从而计算得出生产 1 t 煤炭由燃烧柴油排放的 CO2 为 0.003 t。通过以上两项加和得到生产 1 t 煤炭直 接排放 0.095 t CO2 当量（CO2eq）。

此外，煤炭生产用电会导致间接的 CO2 排放。

《（二）煤炭运输 》

（二）煤炭运输

我国煤炭的主要运输方式为铁路，所以本文 将煤炭运输方式设定为铁路。煤炭运输的碳排放 主要来自于柴油燃烧，按照铁路每百吨千米柴油 消耗 0.5 kg 计算 [5]，则运输 1 t 煤炭经过 1 km 排放 0.015 8 kg CO2。运输距离按照我国平均运煤距离 700 km 计算 [6]。

《（三）煤炭转化 》

（三）煤炭转化

煤经甲醇制烯烃过程包括煤气化、合成气净化 变换、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术，煤制 烯烃过程中 CO2 主要来自煤气化过程和甲醇合成过程 [7]。通过调研，煤经甲醇制烯烃生产 1 t 烯烃排 放7.40 t CO2，煤经甲醇制丙烯生产1 t丙烯排放5.22 t CO2。

煤间接液化工艺主要由煤的气化、合成及精炼 三大步骤组成，煤间接液化过程中的 CO2 主要来自 气化和合成过程 [7]。通过调研，煤间接液化生产 1 t 油品排放 5.59 t CO2。

煤直接液化工艺是把固体状态的煤在高压和一 定温度下直接与氢气反应，使煤炭直接转化成液体 油品的工艺技术。该反应流程短，CO2 产率较低 [7]。 通过调研，煤直接液化生产 1 t 油品排放 3.90 t CO2。

煤制天然气的主要生产过程包括煤气化、粗煤 气变换、酸性气脱除、甲烷化等工艺单元，煤制天 然气过程的 CO2 主要来自于煤气化和煤气变换环 节。通过调研，煤制天然气生产 1 000 m3 天然气排 放 2.54 t CO2。

此外，煤炭转化过程用电会导致间接的 CO2 排放。

《（四）产品运输 》

（四）产品运输

烯烃产品的运输方式设定为卡车，油品的运输 方式设定为油罐车，其碳排放均来自于柴油燃烧。 按照柴油货车每百吨千米油耗为 5.2 kg[5] 计算，则 运输 1 t 烯烃或油品经过 1 km 排放 0.164 kg CO2。

天然气通过管道运输，碳排放主要来自于天然 气燃烧供能和天然气的泄露。燃烧供能方面，根据 调研，管道运输 1 000 m3 天然气经过 1 km 能耗为 0.024 5 m3 天然气，按照燃烧 1 000 m3 天然气产生 1.89 t CO2 [3] 计算，则排放 0.046 kg CO2。天然气泄露 方面，根据调研，管道运输天然气的损耗为每千米 0.000 06 %，其中甲烷的含量按 95 % 计算，则运输 1 000 m3 天然气经过 1 km 泄露 0.008 kg CO2eq。两者 合计，运输 1 000 m3 天然气经过 1 km 排放 0.054 kg CO2eq。

产品运输距离按照我国公路货物平均运距计 算，2009 年为 175 km[8]。

《（五）产品消费》

（五）产品消费

烯烃的消费环节不产生 CO2 排放，油品和天然气经过燃烧后生成 CO2 排入大气，按照燃烧 1 t 柴 油产生 3.16 t CO2，燃烧 1 000 m3 天然气产生 1.89 t CO2 计算。

《（六）煤炭生产和煤炭转化用电》

（六）煤炭生产和煤炭转化用电

煤炭生产和煤炭转化中含有用电导致的 CO2 排 放。电力生产的方式包括火电、水电、风电、核 电等，其中火电由于燃烧大量煤炭而成为主要的 碳排放源，2014 年我国火电发电量占总发电量的 75.2 %[9]。2014 年，我国火电供电煤耗为 318 克标准煤 · 千瓦时 –1[9]，按照燃烧 1 kg 标准煤排放 2.66 kg CO2 [3] 计 算， 可 以 得 出 火 电 的 供 电 CO2 排放为 0.85 kg·(kW·h)–1。

输电过程不产生直接的碳排放，但是输电线路 损失会导致电量损失，降低能量使用效率，可以认 为是间接碳排放源。2014 年全国电网输电线路损失 率为 6.34 [9]，可以得出用户使用 1 kW·h 电力，电 厂需供电 1.07 kW·h。

需要用电的环节包括煤炭生产和煤炭转化。根 据调研，各环节用电量如表 2 所示。

《表 2 》

表 2 新型煤化工生命周期各环节用电量

注：* 煤制天然气单位产品用电量的单位为 kW.h.(1 000 m3 ) –1。

《四、新型煤化工的生命周期碳排放趋势分析》

四、新型煤化工的生命周期碳排放趋势分析

《（一）整体碳排放趋势》

（一）整体碳排放趋势

根据以上参数设定和5种新型煤化工产品现状、 中期、远期的产能，计算得到其现状、中期和远期 的生命周期碳排放，如图 2 所示。

《图2》

图 2 新型煤化工现状、中期、远期生命周期 CO2eq 排放

可以看出，按照目前新型煤化工的发展势头， 将带动其生命周期 CO2eq 排放量大幅增长。5 种 新型煤化工产品的现状生命周期 CO2eq 排放量为 7.026×107 t，约占全国 CO2 排放总量的 0.7 %；中 期 CO2eq 排放量将达到 7.145 7×108 t，是现状的 10 倍，约占目前 CO2 排放总量的 7.2 %，将给我国的碳减排目标带来一定的压力；远期甚至达到 1.462 55 ×109 t，是现状的 21 倍，约占目前 CO2 排放总量 的 14.7 %，如果任由新型煤化工项目无序发展而不 加以限制的话，这一压力将是不容忽视的。

与产能的扩张速度相似，煤制天然气的生命 周期碳排放增幅最大，远期 CO2eq 排放量 9.282 5 ×108 t，超过其余 4 种产品 CO2eq 排放量的总和； 煤经甲醇制烯烃和间接液化均有明显增幅。

煤化工产品可以替代石油化工产品，所以煤化 工发展导致的 CO2 新增量应减去替代的石油化工生 产同样产品排放的 CO2。但是由于煤炭是富含碳的 物质，煤化工过程的 CO2 排放显著高于石油化工过 程，所以产品替代带来的 CO2 减排相对于煤化工本 身排放的 CO2 来说微乎其微，对本研究的结果不会 造成明显影响。

《（二）生命周期各环节碳排放趋势 》

（二）生命周期各环节碳排放趋势

本节将新型煤化工的生命周期碳排放进行分 解，其现状、中期、远期的排放分别如图 3 的 a、b、 c 所示。每种产品的生命周期 CO2 排放结构是相对 固定的，对于煤经甲醇制烯烃和煤经甲醇制丙烯， CO2 主要在煤转化过程中排放，此外，由于两条路 线在煤转化过程中用电量较大，所以由用电导致的 CO2 间接排放也占相当比重；对于间接液化、直接 液化和煤制天然气，CO2 同样主要在煤转化过程中 排放，由于这三条路线产品为富含碳元素的燃料， 所以消费环节将排放大量 CO2。为了不同路线具有 对比的一致性，图 3 中产品运输距离取公路货物平 均距离 175 km，但是该数值比天然气的运输距离偏 小，如按照西气东输一期管道 4 200 km 计算，天然 气运输产生的碳排放仍然仅占煤制天然气产业链碳 排放的 5.4 %，所以运输距离不会影响上述结论。

《图3》

图 3 新型煤化工生命周期各环节 CO2eq 排放趋势

总体而言，煤转化过程的工艺排放是新型煤化 工产业链碳排放的关键环节，占 54 %~63 %，其排 放量将从现状的 4.397×107 t 增加到中期的 3.828 7 ×108 t 和远期的 8.085 4×108 t。但同时也说明，新 型煤化工上下游产业链碳排放占 37 %~46 %，排放 量不容忽视，所以应从生命周期的角度认识煤化工 发展带来的碳排放潜力，而非仅从煤转化过程角度。

《（三）减排潜力》

（三）减排潜力

煤制天然气、煤制烯烃和间接液化是新型煤化 工碳排放的主要增长点，但这些碳排放可以在一定 程度上通过技术降低。如前所述，这几条路线的生 命周期 CO2 排放主要在于煤转化过程，尤其是煤气 化过程，该过程排放的 CO2 纯度较高（大于 85 %）， 是碳捕集、利用和封存（CCUS）的理想 CO2 来源。 如果已投产的项目实现碳捕集、利用和封存，例如， CO2-EOR，则现状生命周期 CO2eq 排放可减少 45 % 左右，从 7.026×107 t 降低至约 3.838×107 t；如在 建的项目也实现碳捕集、利用和封存，则中期生命 周期 CO2eq 排放可减少 52 % 左右，从 7.145 7×108 t 降低至约 3.443 4×108 t；如规划的项目也能实现碳 捕集、利用和封存，则远期生命周期 CO2eq 排放可 减少 54 % 左右，从 1.462 55×109 t 降低至约 6.666 5 ×108 t。需要说明的是此处未考虑碳捕集、利用和 封存本身的 CO2 排放，但这不会影响结论方向。

此外，用电导致的间接 CO2 排放占新型煤化工 产业链总排放 7 %~15 %，该部分 CO2 可通过降低 供电煤耗和提高输电效率减排，如推广超临界和超 超临界发电技术，高压和超高压输电技术。

《五、结语》

五、结语

通过以上分析，本文得出如下结论。

（1）从生命周期的角度，新型煤化工的工艺排 放占产业链总排放的 54 %~63 %，上下游产业链碳 排放约占 37 %~46 %，所以应从生命周期的角度认 识煤化工发展带来的碳排放潜力，而非仅从煤转化 过程角度。

（2）新型煤化工的发展意愿呈现出过热势头， 5 种主要新型煤化工中期煤耗和生命周期 CO2eq 排 放将为现状的 10 倍，将给我国的碳减排目标带来 一定的压力，而远期煤耗和生命周期 CO2eq 排放潜力甚至达到现状的近 21 倍，这一压力将是不容忽 视的。其中尤以煤制天然气、煤经甲醇制烯烃和间 接液化发展潜力较大。

（3）煤气化过程是碳捕集、利用和封存的理想 CO2 来源，通过碳捕集、利用和封存可以降低新型 煤化工产业链 CO2 排放的 45 %~54 %。此外，用电 导致的间接 CO2 排放占新型煤化工产业链总排放的 7 %~15 %，可通过推广超临界、超超临界发电技术 和高压、超高压输电技术实现减排。