化石能源高效清洁利用技术是国家能源结构转型的关键，是有效支撑“双碳”目标实现的关键手段和途径。在能源革命和“双碳”目标新形势背景下，大力发展化石能源高效清洁利用技术，推动煤炭高效燃烧和转化、石油天然气高效利用及煤化工“三废”处理技术研究和应用，强化化石资源的燃料与原料属性的耦合，对实现国家能源结构转型意义重大。

高效燃烧与低碳转化技术

　　现阶段，煤炭仍然是我国主体能源，技术变革与创新、技术改造和挖潜是煤炭的清洁高效利用的主要着力点，国家能源局出台的煤电机组改造升级实施方案中的“三改联动”就是具体的扶持政策。“双碳”目标下的能源转型过程中要实现煤炭利用破立结合，需要大力发展适用于碳达峰、碳中和的典型工业过程煤炭利用变革技术，强化煤炭燃料与原料属性，提高存量煤炭利用水平，安全、有序推动煤炭高效低碳技术研发与应用。在此目标和背景下，中国科学院部署战略性先导科技专项(A类)“煤炭清洁燃烧与低碳利用”，以煤炭的高效低碳利用为目标，以强化煤炭燃料属性与原料属性的耦合利用和设备过程强化为手段，加强关键技术研发和工程验证，推动技术工程示范，实现煤炭减量化、低碳化、清洁化利用，为构建安全高效、低碳清洁的能源体系提供技术支撑。

　　(1)燃煤锅炉灵活调峰技术。可再生能源发电的快速发展为我国能源系统低碳转型注入新的活力。由于可再生电力的波动性和间歇性，影响电力系统安全稳定运行。在目前尚无大规模、低成本、长周期的先进储能技术可用状况下，迫切需要煤电深度灵活调峰技术，以满足可再生能源大规模接入电网的需求。加快开发和应用燃煤锅炉深度灵活调峰技术、超低负荷稳燃技术、高效灵活电-热双供技术等，实现锅炉深度调峰与快速变负荷，为可再生能源发电高比例接入电网保驾护航。特别是2030年以后，煤炭逐步向基础能源和保障能源过渡。随着可再生能源的深入发展，煤电深度调峰逐步向高灵活性和全负荷范围调峰的方向发展，应利用变革技术建造新型调峰发电机组来保障可再生能源的接入，从而在高度灵活智能的前提下，实现清洁高效经济运行，支撑新能源系统的构建及“双碳”目标的实现。

　　(2)工业过程高效燃烧技术。清洁高效燃烧技术是实现提升能源利用效率、有效降低碳排放强度的有效手段。针对冶金、建材等典型高耗能、高排放工业过程的节煤、降碳、减排等重大需求，突破气化-燃烧、富氧/全氧燃烧、多污染物协同脱除等关键技术，完成典型流程的工业示范，实现高效低碳燃烧利用，从而推动工业用煤领域燃烧技术变革，节能增效。同时，推动冶金、建材等高耗能行业与煤化工的结合，充分发挥煤炭直接和间接转化技术优势，促使高耗能和高耗煤行业技术变革。例如，从焦炭高炉炼铁转型到还原冶炼工艺，可大幅度减少CO2排放。

　　(3)工业过程/流程低碳耦合关键技术。充分发挥煤炭的能源属性和物质属性，重点突破高耗煤/高耗能行业间、流程/过程间的物质和能量的耦合瓶颈，形成煤电-可再生发电、煤化-冶金、煤化-石化、多过程联产等系列高效低碳耦合利用技术，完成典型工业示范;推动煤炭由燃料属性向燃料与原料属性耦合转变，实现系统综合能效提升和CO2减排。其中，燃煤发电与可再生能源耦合发电方面，推动发展煤与生物质耦合发电，可实现生物质发电效率提高15—20个百分点，达到超超临界发电水平;而燃煤发电与太阳热耦合发电，可以充分利用低品位的太阳热来减排CO2.煤化-冶金耦合方面，开发甲醇-钢厂煤气制乙酸乙酯技术，可充分利用钢铁厂的尾气(主要是焦炉煤气、转炉煤气)，通过提纯形成合成气原料，实现冶金尾气原料化，具有显著的降碳、固碳及增效效益。煤化-发电方面，推动煤化工与燃煤发电耦合，充分发挥煤炭的燃料属性和原料属性，实现电力和化学品联合灵活生产，既满足灵活调峰，又满足大幅度减排CO2的需求。此外，可通过甲醇石脑油耦合制烯烃技术、铁锰矿定向还原焙烧技术等实现煤化-石化、多过程联产等多过程低碳耦合。

　　(4)煤炭高效转化技术。煤炭转化方面发展空间很大，主要针对目前煤转化过程中二氧化碳排放高、系统能效低、影响国家能源安全的特种油品及高端化学品不足等问题，提出煤炭转化新路径，加快推进低碳气化、先进催化、含氧化合物制备、高端化学品及特种油品合成等关键技术研究和示范。一方面，发展煤炭清洁经济制备一氧化碳技术，逐步利用大规模可再生能源的氢源合成能源产品和化学品，实现少排甚至不排CO2;另一方面，通过转化-合成、气化-转化- 合成等过程集成，实现煤炭低碳高效高质转化，为实现“双碳”目标、保证国家油气和产业链安全提供技术支撑。

石油、天然气高效清洁利用技术

　　(1)石油高效利用技术。“双碳”目标下，未来对成品油的需求将急剧下降，推进炼化企业从“燃料型”向“化工型”转型是发展趋势。通过石油催化裂解生产烯烃/芳烃技术、原油直接催化裂解多产化学品技术等石油直接制备化学品技术，以及甲醇石脑油耦合制烯烃、甲醇-原油共催化裂解制烯烃等石油基与煤基原料耦合制烯烃芳烃技术，构建石油制烯烃/芳烃等化学品的新技术体系，实现其低碳、清洁、高值利用。从而提高我国基础化工原料自给率，有效推动“双碳”战略实施。

　　(2)天然气高效清洁利用技术。充分发挥天然气能源属性的清洁低碳优点和物质属性的原料特点。一方面，加快推进天然气高效低排放燃烧、燃气轮机联合循环发电等技术研发和示范应用，充分发挥天然气具有调节灵活、响应迅速的优点，与可再生能源协同发展，形成良性互补。另一方面，开展单活性中心甲烷无氧转化制烯烃、芳烃和甲烷/二氧化碳干气重整制合成气等天然气制备化学品技术，实现天然气高效、清洁、高值化利用，有效支撑清洁低碳、安全高效现代能源体系构建。

煤转化及石油采炼过程“三废”处理技术

　　在我国化石资源利用过程中，仍然有废水、废气、固体废物大量排放，存在处理成本高、环境污染严重等问题。迫切需要突破规模换低成本关键技术的瓶颈。

　　(1)废水处理方面。推动煤化工废水低成本处理及资源化利用，开展催化臭氧氧化、催化湿式电氧化、酚油协同萃取及高效生化处理等关键技术研究，并进行工程示范和应用。

　　(2)废气处理方面。重点突破NOx和挥发性有机物(VOCs)等多种污染物协同脱除技术，进行污染物系统高效脱除催化剂开发和应用，进行废气催化净化处理工程示范。

　　(3)固废处理及资源化方面。推动大宗化石资源的固废资源化、高值化及低碳化利用，开发气化灰渣焚烧利用、废液与废固高温熔融高质化、油泥高质化利用等关键技术，完成工程示范和推广应用。

来源：《“双碳”目标下的化石能源高效清洁利用》