东方证券股份有限公司经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格，据此开展发布证券研究报告业务。 东方证券股份有限公司及其关联机构在法律许可的范围内正在或将要与本研究报告所分析的企业发展业务关系。因此，投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性 产生影响的利益冲突，不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 深 度 报 告 【 行 业 证 券 研 究 报 告 】 基础化工行业 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排 放压力有多大？ 碳中和目标的提出引发了 市场 对能源化工 这 类 传统意义上高耗能行业的 关注和 担忧 ，因此有必要对其中核心产业链的排放压力进行系统性的分析，具体如下： 核心观点： 化工行业碳排放总量有限但强度突出： 目前我国二氧化碳年排放量达到 100 亿吨， 其中 化工行业排放量不到 5 亿吨，远小于电力、钢铁、水泥等 排放大头，从总量看化工并非首当其冲。但从强度看，化工单位收入排放 量高于工业行业平均水平；且不同区域由于经济结构、能源结构及发展水 平的不同，面临差异化的压力， 在排放总量控制目标于区域和行业维度层 层分解的过程中， 化工行业在部分地区可能会面临来自碳排放的发展桎梏。 工业过程排放是重要的碳排放来源 ： 从 产生的机理可将 碳 排放大致分为两 类 ， 能源相关排放和工业过程排放。前者主要就是化石能源直接燃烧造成 的碳排放；后者与能源消耗无关，而是特定的化学反应产生的排放，比如 水泥玻璃生产过程中石灰石分解散逸、合成气变换制氢等 。 随着未来可再 生能源替代的推进，能源相关排放 会 大大缩减，过程排放 或 将 成为 决定产 品碳排放压力的核心因素。 目前 水泥的过程排放占我国总过程排放的 75% 左右，是过程排放的主要来源。但能化行业的 单位 过程排放不可小觑，碳 一、碳二主要产品的过程排放可达全流程排放的 50%以上，其核心 就 来自 于碳氢的转换过程，即 CO 与水反应制氢，而含氢量最低的煤炭劣势最明 显。 其中 煤质烯烃的单吨过程排放量可达到 6 吨 CO2，若以目前欧盟 40 欧元 /吨的 CO2 价格将排放成本内部化，将占产品价格的近 20%。 煤化工 因为原料本身的“缺陷”，自带高排放的“原罪”，这也能解释 为何市场 前 期 将煤化工列为供给侧改革的对象 。 但 我们认为， 碳中和下 产业升级的必 要性毋庸置疑，但绝不是一棒子打死 ， 提前布局提效和减排的龙头企业具 有充足的生存空间以及发展主动权。 碳中和目标下先进龙头掌握发展权 ： 即使没有“碳中和”的框架，龙头企 业实际上也在不断 打造 降耗减排的能力 基础 。能化过程排放的问题实际上 就是 碳原子利用率 ， 即原料利用率的问题；虽然从 煤化工劣势在 反应机理 上难以短期逆转，但通过提升包括合成气等物料的利用效率，就能够 尽量 降低无谓的碳原子 流失 ，而这些则来自于对 流程 的深入理解。 例如 华鲁实 现装置高负荷长周期运行，三大平台互联互通后 提升了 合成气利用率。又 如宝丰能源去年投资 14 亿建设太阳能电解水项目，耦合煤化工的氢需求 以降低过程排放。 见微知著， 先进企业 采取的措施都不是针对当下政策 的 见招拆招，而是 早 有意识 地 进行了提前布局 ，它们未来 在短、中、长期的 维度下依旧是最具有生命力且掌握发展权的群体。 投资 建议： 碳达峰和中和的背景下， 我们持续看好在技术、能效、环保上形成突出壁 垒的龙头企业，推荐 万华化学 (600309，买入 )、华鲁恒升 (600426，买入 )、 宝丰能源 (600989，买入 )、金能科技 (603113，买入 )。 尤其是煤化工龙头 在前期市场反应中杀跌明显，我们认为随着政策推进节奏明朗以及市场对 碳中和理解程度的 加深 ，标杆企业的长期价值将得到 认识和 回归 。 风险提示 碳排放总量控制及削减执行力度的不确定性； 新项目审批的不确定性 。 Table_BaseInfo 行业评级 看好 中性 看淡 (维持 ) 国家 /地区 中国 行业 基础化工行业 报告发布日期 2021 年 03 月 20 日 行业表现 资料来源： WIND、东方证券研究所 证券分析师 万里扬 021-63325888*2504 执业证书编号： S0860519090003 联系人 袁帅 相关报告 碳中和承诺对化工意味着什么 2020-11-11 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 2 目 录 1. 碳中和背景下的化工行业 . 4 2. 化工碳排放特点及核算方法 . 4 2.1 排放总量有限 . 4 2.2 排放强度突出 . 7 2.3 化工产品碳排放测算方法 . 8 3. 典型化工产品的碳排放量测算 . 11 3.1 如何理解能源化工的过程排放 . 11 3.2 C1 产业链 . 12 3.3 C2 产业链 . 15 3.4 如何理解能化产品的排放压力 . 17 4. 投资建议 . 19 5. 风险提示 . 19 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 3 图表目录 图 1：全球及中国历年二氧化碳排放量（亿吨） . 5 图 2：我国碳排放总量及能源结构（亿吨） . 6 图 3：我国 2019 年一次能源消费结构 . 6 图 4：我国碳排放的部门结构（亿吨） . 7 图 5：我国工业制造业碳排放的细分行业结构 . 7 图 6：我国 2019 年煤炭、原油、天然气消费下游结构 . 7 图 7：部分省、市的万元收入能源消耗（吨 /万元） . 8 图 8：部分省、市的万元收入能源相关碳排放（吨 /万元） . 8 图 9：中国石油化工企业温室气体排放核算方法概要 . 9 图 10： IPCC 碳排放计算过程概要 . 10 图 11：煤和天然气制合成气及后续变换过程反应比较 . 12 图 12：某合成氨企业碳源流示意 . 13 图 13：合成氨及尿素工艺流程 . 14 图 14：甲醇及其下游产品制备过程反应式 . 15 图 15：煤头和气头乙烯制备过程反应式 . 15 图 16：煤制乙二醇简化反应 方程式 . 16 图 17：电石法与乙烯法制备 PVC 反应式 . 17 表 1：中国减排目标的演进 . 4 表 2：能源相关排放和工业过程排放 . 5 表 3：常见能源的折标煤系数以及二氧化碳排放系数 . 9 表 4：欧盟公布的部分化工产品含碳量以及 碳排放系数 . 11 表 5：水煤浆与粉煤气化的煤气组成 . 12 表 6：能化产品的排放强度汇总 . 18 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 4 1. 碳中和背景下的化工行业 碳中和无疑是近期资本市场关注度最高的话题之一。实际上，我国减碳目标 的提出与落地并非突然 袭击，而是经历了不断的推进过程。“达峰”不是一蹴而就，“中和”更非一日之寒。 2009 年我 国就 首次提出 2020 年单位 GDP 二氧化碳排放比 2005 年下降 40%45%的量化目标。从强度目 标到总量目标，从达峰再到净零，减排目标向更高难度的演进见证了我国在应对气候变化上长期且 持续的投入。 2020 年 9 月， 习近平主席在第 75 届联合国大会一般性辩论上 提出我国力争 2030 年 碳达峰， 2060 年前实现碳中和的目标。这不仅是中国肩负大国责任实现应对气候变化雄心目标并 引领 全球气候治理 的庄严承诺，更加会对国内产业的发展趋势及投资逻辑产生深远的影响。碳中和 对包括新能源在内的新兴产业的利好简单易懂，但对于传统行业的影响却难以一概而论，尤其是对 化工这种传统意义上的高耗能行业，市场将其解读为又一轮的供给侧改革，但“改革”的对象究 竟 是谁？尤其是近期 内蒙古宣布除部分豁免项目外“十四五”期间不再新批现代煤化工项目，更加剧 了市场对化工行业尤其是煤化工行业未来的担 忧。 我们认为，化工行业碳排放的特点可以总结为： 1）排放总量有限但强度突出。 2）煤化工过程排放的压力较大，但提前布局提效和减排的龙头企业 具有充足的 生存空间以及发展主动权。 表 1：中国减排目标的演进 时间 场合 碳排放目标 2009 年 9 月 联合国气候变化峰会 2020 年单位 GDP 二氧化碳排放比 2005 年下降 40% 45% 2014 年 11 月 中美应对气候变化联 合声明 二氧化碳排放 2030 年左右排放达到峰值且将努力早日达峰 2015 年 11 月 联合国气候变化大会 (COP21) 二氧化碳排放 2030 年左右达到峰值并争取尽早达峰；单位国 内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 60%65% 2020 年 9 月 第 75 届联合国大会 二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年 前实现碳中和 资料来源： 公开资料整理 ，东方证券研究所 2. 化工碳排放特点及核算方法 目前我国二氧化碳年排放量达到 100 亿吨，化工行业 （石油加工及炼焦业与化学原料和化学制品 制造业）的碳排放量不到 5 亿吨 ，远小于电力、钢铁、水泥等排放大头，也就是说从总量看化工并 非首当其冲的行业。但 从强度看 ，化工的单位收入碳排放量高于工业行业平均水平 ；且不同区域由 于经济结构、能源结构及发展水平的不同，面临差异化的压力，使得化工行业在部分地区可能会面 临来自碳排放的发展桎梏。 2.1 排放总量有限 首先，从全社会碳排放总量看， 19 年全球二氧化碳排放 总 量达 342 亿吨， 我 国排放量 达 98 亿吨 。 我国碳排放占比随着中国的经济发展同步提升，尤其是加入 WTO 之后排放量增速出现拐点，通过 深度参与国际分工承接了全球碳排放的转移。过去十年，全球碳排放量复合增速为 1.4%，而国内 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 5 增速为 2.5%，快于全球平均水平。目前我国占全球排放量近 30%，已成为全球碳排放量最大的国 家。我国在全面建成 小康社会、消除贫困的壮举和成就有目共睹，然而碳排放的议题一直是中国与 西方发达国家在未来发展权问题上角力的重点。在这一背景下，我国主动提出达峰和净零，把握气 候治理主动权的必要性和前瞻性就显而易见了。 图 1： 全球及中国历年二氧化碳排放量（亿吨） 资料来源： Wind，东方证券研究所 从碳排放产生的机理可将排放大致分为两类：能源相关排放和工业过程排放。前者比较好理解，主 要就是化石能源直接燃烧造成的碳排放，根据核算边界的不同也会包含购入电力、热力的排放；后 者则与能源消耗无关，而是特定的化学反应产生的排放，比如水泥玻璃生产过程中石灰石分解散逸、 金属冶炼、合成气变换制氢等，其中水泥生产的过程排放占我国总工业过程排放的 75%左右。 表 2： 能源相关排放和工业过程排放 排放方式 释义 案例 能源相关 排放 化石能源燃烧 、其他能源消耗 的排放 煤、石油、天然气 的 燃烧 等 工业 过程排放 化学反应过程产生的排放 碳酸钙分解、 化石能源 制氢、 电解铝 等 资料来源：东方证券研究所 那么从我国碳排放的一次来源看，煤炭占据了 75%的份额，其次是石油、过程排放以及天然气。 而一次能源消费结构来看，煤炭占比仅为 58%，说明煤炭单位排放强度也高于一次能源的平均水 平。我国“富煤少油缺气”的资源现状以及煤炭的高单位排放量，导致了煤炭下游行业成为我国减 碳工作的关注重点。 0 50 100 150 200 250 300 350 400 19 65 19 67 19 69 1971 19 73 19 75 19 77 19 79 19 81 19 83 19 85 19 87 19 89 1991 19 93 19 95 19 97 19 99 200 1 200 3 200 5 200 7 200 9 201 1 201 3 201 5 201 7 201 9 中国二氧化碳排放 其他国家二氧化碳排放 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 6 图 2： 我国碳排放 总量及 能源结构（亿吨） 资料来源： CEADS，东方证券研究所 图 3： 我国 2019 年一次能源消费结构 资料来源： 中国能源发展报告，东方证券研究所 我们基于学术界具有较高权威性的 CEADS 数据库对国内分部门排放结构进行分析，原始数据包 含 47 个国民经济行业， 17 项化石能源燃烧排放和 1 项过程排放。值得一提的是，对于过程排放， CEADS 数据库仅考虑水泥生产相关的排放，而化石能源投入转化带来的过程排放则主要计入了能 源相关。 从产生碳排放的终端部门来看， 17 年我国工业部门（不含电力和热力部门）的碳排放量 为 36.7 亿吨，占总排放量的 39%，是继电力和热力领域外的第二大碳排放行业。进一步在工业部 门内部，化工（石油加工及炼焦业 +化学原料和化学制品制造业）的碳排放量约为 4 亿吨， 仅占到 工业总排放量的 10.2%，占国内总排放量的 4%。工业领域中的碳排放主要还是来自于非金属矿物 及黑色金属冶炼，直接占到了工业碳排放总量的 78%，国内碳排放总量的 30%。 同时结合碳排放的能源结构和消费下游来看，煤炭消费作为碳排放的主力，其能源消费的 73%用 于 电力和钢铁用途，化工消费仅占 8%。而 化工在原油和天然气下游消费结构中的占比分别是 49% 和 10%。因此，从全国维度下的排放总量及占比看，化工行业的排放贡献非常有限。 0 20 40 60 80 100 120 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 200 7 200 8 200 9 201 0 201 1 201 2 201 3 201 4 201 5 201 6 201 7 煤炭 石油 天然气 工业过程 煤炭 58%石油 19% 天然气 8% 核电 2% 水电 8% 风电 3% 光伏 1% 其他 1% 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 7 图 4： 我国碳排放 的部门 结构（亿吨） 资料来源： CEADS，东方证券研究所 图 5： 我国 工业制造业 碳排放 的细分行业结构 资料来源： CEADS，东方证券研究所 图 6： 我国 2019 年煤炭、原油、天然气消费下游结构 资料来源： 中国能源发展报告 ，东方证券研究所 2.2 排放强度突出 虽然从全国维度看，化工行业的碳排放总量贡献不大，但在区域层面由于地区经济结构、能源结构 及发展水平的不同依然面临差异化的压力。尤其是作为煤炭大省的内蒙古今年 2 月受到了国家发 改委对未能完成 能耗总量和强度“双控” 考核的通报批评。我们根据部分省市统计年鉴中工业以及 其细分化工行业的规模以上收入与能源消耗，简单测算了每万元收入对应的能源消耗以及碳排放。 0 20 40 60 80 100 120 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 200 5 200 6 200 7 200 8 200 9 201 0 201 1 201 2 201 3 201 4 201 5 201 6 201 7 电力与热力 工业制造业 交通 建筑 其他 石油加工及炼焦业 4% 化学原料和化学制 品制造业 6% 非金属矿物 制品业 32% 黑色金属冶炼和 压延加工业 46% 其他 12% 电力 , 57% 钢铁 , 16% 建材 , 10% 化工 , 8% 其他 , 10% 成品油 , 51% 化工 , 49% 城燃 , 42% 工业 , 33% 发电 , 14% 化工 , 10% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 煤炭 原油 天然气 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 8 利用各省市煤炭、原油、天然气的消费占比计算出单位能源消费的碳排放量，以建立从能源消耗数 据到碳排放量的转换 。我们根据最新公布的 分省（区、市）万元地区生产总值能耗降低率 指标，选 取了其中表现最差的三个省市（内蒙古、宁夏、辽宁）以及表现最好的三个省市（北京、河北、甘 肃），并与全国测算数据进行比较。首先 从行业的单位排放量来看，化工的单位收入碳排放量高于 工业行业的平均水平。 其次地区差异上， 对于万元能源消耗指标表现较差的省市，单位收入的碳排 放代价 也 明显较高。 所以从排放强度看，化工行业减排还是面临一定的挑战，并且在地区上的差异 化非常明显。 图 7： 部分省、市的万元收入能源 消耗（吨 /万元） 资料来源： 统计年鉴，东方证券研究所 图 8： 部分省、市的万元收入能源相关碳排放（吨 /万元 ） 资料来源： 统计年鉴，东方证券研究所 2.3 化工产品碳排放测算方法 总体而言，化工行业排放存在着总量有限但强度突出的特点。而且由于化工行业产品种类繁多，厘 清产生碳排放的核心工艺对于识别未来的风险和机遇就非常重要。那么第一步就是明确化工行业 碳排放的来源和核算方式。我国碳排放清单的建立是基于和算法而非在线监测，与 IPCC 的国际标 准一致。 根据 我国官方的碳排放核算指南 ， 化工生产中的碳排放来源主要可以细分为五个方面，分 别是燃料燃烧排放 、 废气的火炬燃烧排放 、工业生产过程排放、 CO2 回收利用量、净购入电力和 热力隐含的 CO2 排放。 本文我们将燃料燃烧排放和 净购入电力和热力隐含排放 归为公用工程排放， 工业生产过程排放单列，废气的火炬燃烧排放和 CO2 回收利用量 （除合成尿素消耗外）暂不考虑。 0.67 2.22 2.92 1.63 1.09 0.42 0.53 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 全国 内蒙古 宁夏 辽宁 甘肃 河北 北京 工业每万元能源消耗 化工每万元能源消耗 1.40 5.13 7.25 3.77 2.04 1.03 0.72 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 全国 内蒙古 宁夏 辽宁 甘肃 河北 北京 工业每万元收入碳排放 化工每万元收入碳排放 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 9 图 9： 中国石油化工企业温室气体排放核算方法概要 资料来源： 中国石油化工企业温室气体排放核算方法 ，东方证券研究所 2.3.1 公用工程排放 化工企业的公用工程排放主要就是能源相关排放。 生产过程中 能源消耗 可以是一次能源和二次能 源。不同的燃料在燃烧过程中的碳排放量不尽相同。电力属于二次能源， 但因为 产生电力的过程仍 然需要发电厂的燃料燃烧， 在核算 指南中， 电力也拥有碳排放系数，本文中我们以北京 2020 年新 标准 0.604 吨 CO2/MWh 计算。一般我们将燃料燃烧排放、电 /热 力隐含的碳排放、火炬燃烧排放 统称为公用工程排放，本文中我们重点计算燃料燃烧和电 /热 力隐含的碳排放。 表 3： 常见能源的折标煤系数以及二氧化碳排放系数 能源名称 折标准煤系数 kgce/kg 二氧化碳排放系数 kg CO2/kg 原煤 0.7143 1.9003 焦炭 0.9714 2.8604 原油 1.4286 3.0202 燃料油 1.4286 3.1705 汽油 1.4714 2.9251 煤油 1.4714 3.0179 柴油 1.4571 3.0959 液化石油气 1.7143 3.1013 炼厂干气 1.5714 3.0119 油田天然气 1.33 2.1622 资料来源： 公开资料整理 ，东方证券研究所 燃烧 过程 火炬 回收 净购入电力 / 热力 燃料消耗量 含碳量 碳氧化率 CO 2 与 C 的分子质量比 气流量 ( 非 C O 2 物质含碳量 碳氧化率 + CO 2 质量浓度 ) * 可另计事故火炬排放 各装置的生产过程排放 CO 2 之和。 也可利用进出料碳质量守恒估算。 回收体积 纯度 消费量 排放因子 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 10 2.3.2 工业过程排放 过程碳排放 测算 是利用 物质质量守恒原则， IPCC 发布的 2006 年 IPCC 国家温室气体清单指南 就假设了过程排放中所有损失的 C 元素都转换为 CO2 排出，原料与产物（包括次级产物）的碳含 量差值就是该产品生产过程中 CO2 过程排放。过程排放和公用工程排放共同组成了化工制备中的 所有碳排放。 图 10： IPCC 碳排放计算过程概要 资料来源： IPCC，东方证券研究所 此外，由于海外多以油气路线为主，工艺成熟且拥有完备的过程排放数据，因此我们可以直接利用 IPCC 和欧盟 公布的油气路线排放因子来直接进行计算。对于我国的重要煤化工路线，我们将补充 较为详细的碳排放量计算过程。 产品产量 排放因子 吨 CO 2/ 吨产品 方法 1 ：排放因子法 工厂数据及化学反应过程未知 原料碳含量 方法 2 ：原料碳平衡法 已知化学反应过程 产品碳 含量 C O 2 排放 二氧化碳与碳的相对分子 质量比值 方法 3 ：直接估算法 已知特定工厂数据及化学反应过程 燃烧 过程火炬 消耗量 排放因子 直接测量或估算（估算 可参考方法 2 ） 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 11 表 4： 欧盟公布的部分化工产品含碳量以及碳排放系数 产品 含碳量 碳排放系数 (t C/t) (t CO2/t) 乙腈 0.5852 2.144 丙烯腈 0.6664 2.442 丁二烯 0.888 3.254 炭黑 0.97 3.554 乙烯 0.856 3.136 二氯乙烯 0.245 0.898 乙二醇 0.387 1.418 环氧乙烷 0.545 1.997 氰化氢 0.4444 1.628 甲醇 0.375 1.374 甲烷 0.749 2.744 丙烷 0.817 2.993 丙二醇 0.8563 3.137 氯乙烯 0.384 1.407 资料来源： EUR-Lex， 东方证券研究所 3. 典型化工产品的碳排放量测算 在本章节中，我们将较为详细地对重要的几类能化产品的单位碳排放量进行计算，以梳理主要化工 生产流程中碳排放的主要来源以及具有较高环境代价的化工产品。 在前期 炼化一体化正在解体， 未来油煤气化工谁能胜出？ 报告中，我们 从碳原子经济性的角度 比较了油煤气三条能源化工路线 ， 在此我们进一步以这个视角分析各路线碳排放的强度及考虑放成本后的经济性。三条路径主要是 在 C1 和 C2 领域有一定的竞争性； C3 中主要是丙烯，与 C2 乙烯类似就不再单列。对于碳排放的 两个核心来源，能源相关的排放未来能通过动力替代大幅缩减甚至归零，但过程排放因为反 应机理 和转化效率的因素则各有千秋。 碳氢转化带来的碳排放是能化产品生产流程中最重要的过程排放。 3.1 如何理解能源化工的过程排放 由于煤炭主要由碳元素组成，氢碳摩尔比仅约 0.21，需要牺牲一部分 C 来从其他原料中置换出 氢，碳转换率比不上油气。从具体反应过程来看，煤炭是通过煤气化过程转换为煤气再进行后续的 制备任务。在理想的水煤气制备反应中，一份 C 和水生成了一份 CO 和 氢气。然而这个反应过程 是强吸热反应，在实际煤气化过程中并不会单独存在，而是必须配合另外的碳氧化放热反应来给这 一过程供热。这些放热反应消耗了 C，却并没有从水 分子中置换出等比例的氢气，从而导致了最终 产物的碳氢比例大于 1，甚至还生成了一些 CO2。此外，以重要的化工中间产品甲醇为例，其原料 的碳氢比例低至 0.5，对氢气的消耗明显大于 CO。因此，煤气化过程后往往会加一步变换反应来 调节 CO 和氢气的比例。在这个过程中，消耗了一份 CO 和水分子，生成了一份氢气和 CO2。这 些 是煤化工路线中的主要 CO2 过程排放来源。 另一方面，油的氢碳比为 1.6-2，天然气的氢碳比则 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 12 都在 2 以上，含氢量皆显著高于煤炭。以天然气的 C1 化工为例， 由于甲烷本身 氢碳比达到 4， 从 最核心的反应方程式看， 其第一步蒸 汽重整 制合成气 过程产生的 H2 与 CO 的比例高达 3 倍，远大 于煤化工路线中 1 倍，因此 下游产品的过程排放量也会相对较低 。 图 11： 煤和天然气制合成气及后续变换过程反应比较 资料来源： 公开资料，东方证券研究所 3.2 C1 产业链 C1 产业链我们列举甲醇、合成氨及相应下游短流程产品。 3.2.1 甲醇 煤制甲醇主要由两个工艺流程组成，分别是煤气化和甲醇生产。每份甲醇合成大致需要 1 份 CO 和 2 份 H2， 即氢碳比为 2。而代表性的先进煤气化工艺水煤浆和粉煤气化的粗煤气中，氢碳比的分 别在 1 和 0.5 以下，所以 必须通过变换过程 来补氢 。 可以看出，如果将粗煤气中的碳氢比调成变换 气中的 1 份 CO 和 2 份 H2，无论是水煤浆还是粉煤气化，都会产生 1.5-1.6 份左右的 CO2 排放， 我们简化以 1 份甲醇带来 1.55 份的 CO2 排放计算 ， 即煤制甲醇过程排放为 2.13 吨 CO2/吨 甲醇 。 表 5： 水煤浆 与 粉煤气化 的煤气组成 华鲁恒升水煤浆气化炉 H2 CO CO2 粗煤气 km3/h 76 96 39 变换气 km3/h 119 52 82 宝丰能源粉煤 气化炉（航天炉） H2 CO CO2 粗煤气 km3/h 112 294 34 变换气 km3/h 280 126 201 资料来源： 环评报告 ， 东方证券研究所 燃烧排放方面，主要由提供蒸汽的燃煤工业锅炉、提供电力的燃煤电站锅炉、火炬排放等。国内某 22.4 万吨 /年煤制甲醇项目，年燃料煤消耗 19.44 万吨，以排放系数 1.9003 吨 CO2/吨煤计算 ，其 燃料 燃烧单位排放量约为 1.65 吨 CO2/吨甲醇。电力部分，以 0.21MWh/吨甲醇计算，每吨甲醇 C + H 2 O C O + H 2 C O + H 2 O CO 2 + H 2 煤气化 变换过程 蒸汽 重整 变换过程 CH 4 + H 2 O C O + 3H 2 C O + H 2 O CO 2 + H 2 甲烷 蒸汽重整 + 变换 煤气化 + 变换 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 13 CO2 排放量为 0.13 吨 CO2/吨甲醇。 煤制甲醇的公用工程碳排放量约为 1.78 吨 /吨甲醇 ， 煤制甲 醇的总 CO2 排放量约为 3.91 吨 /吨甲醇。 气头 路线的过程排放量可参考 IPCC 发布的排放因子 0.67 吨 CO2/吨甲醇，加上根据相关环评工 程数据 得 出 0.92 吨 CO2/吨 的 公用工程排放量（以天然气作为燃料）， 气头 路线甲醇的总排放量为 1.59 吨 CO2/吨。 3.2.2 合成氨 合成氨 需要洁净的 1： 3 氮氢混合气进行合成。在煤化工合成氨路线中，氢气来自于煤的气化过程 并经过变换过程以及各种净化方法后得到，而氮气则可以直接从空气中液化分离制得。氨气不含碳， 含碳的副产品粉煤灰是产 成品中主要的含碳物质。 过程排放方面， 每 份氨气要消耗 1.5 份 H2，假设每份 H2 都是通过煤气变换反应以 1 份 CO2 排放 得来的， 即每份合成氨产生 1.5 份 CO2， 则每吨氨气的 CO2 排放量为 3.88 吨，这是理想的理论 排放值 。 根据 文献中 50 万吨年产量合成氨项目的工艺数据计算 和质量守恒计算 ，吨氨的单位 过程 排放 为 4.22 吨 CO2， ，相当于每份合成氨产生 1.6 份 CO2， 比理论值稍大。公用工程碳排放方 面，该项目 燃料煤的每年消耗量为 44.9 万吨，其含碳量由低位发热量 19.570GJ/吨 与单位热值含 碳量 26.1810-3 吨 /GJ 可得 0.5126 吨 C/吨燃料煤，碳氧化率为 93%， 则总 CO2 排放量 为 78.48 万吨， 即 单吨合成氨的燃料燃烧排放 1.57 吨 CO2。 项目 年购电量为 21.7 万 MWh， 计算得到 单吨 合成氨的电力隐含排放量为 0.26 吨 CO2。 热力部分， 该 企业蒸汽均为燃料燃烧得到，故不再另外 计算。 基于实际工程数据， 煤制合成氨的单位碳排放约为 6.05 吨 CO2/吨氨。 图 12： 某合成氨企业碳源流示意 资料来源： 合成氨企业碳排放核算案例分析 ，东方证券研究所 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 14 除了煤炭原料外，天然气也是合成氨的重要路线之一。 IPCC 给出的 天然气制氨的过程排放量为 2.10 吨 CO2/吨氨。 相当于每份合成氨带来 0.81 份的 CO2。 我们根据相关资料算得公用工程排放 为 1.0 吨 CO2/吨氨 ， 总排放量 3.10 吨 CO2/吨氨，气头合成氨的碳排放优势明显。 3.2.3 尿素 合成氨企业大多通过回收 CO2 来制备尿素。每份尿素会消耗 2 份氨气和 1 份 CO2，气头合成氨 制 过程中生 成 0.812 份 CO2，扣 除消耗的 1 份 CO2， 气头 尿素的过程碳排放量实际只有 0.46 吨 CO2/吨尿素。公用工程的碳排放要同时考虑合成氨工序以及尿素工序 ，气头路线公用工程排放为 1.06 吨 CO2/吨尿素， 气头路线尿素总排放量 约为 1.52 吨 CO2/吨尿素。 同理计算煤头尿素 总排放 量约为 3.00 吨 CO2/吨尿素。 图 13： 合成氨及尿素工艺流程 资料来源： 公开资料整理，东方证券研究所 3.2.4 醋酸 甲醇羰基化制备的醋酸也是甲醇的重要下游产品。全球 40%的醋酸由该法生产，生成的每份醋酸 消耗 1 份甲醇和 1 份 CO。同时，甲醇羰基化工序的公用工程碳排放量约为 0.36 吨 CO2/吨醋酸。 煤头与气头甲醇路线下的单位质量醋酸总排放量约为 2.45 和 1.21 吨 CO2/吨醋酸 。 3.2.5 二甲基甲酰胺（ DMF） 二甲胺羰基化是制备 DMF 原子经济性较高的路线（不会产生水之类的副产物），也是目前国外常 用的合成方法。在该过程中，生成 1 份 DMF 需要消耗 1 份二甲胺和 1 份 CO，二甲胺则可以通过 甲醇氨化反应制的，即每份二甲胺消耗 2 份甲醇与 1 份氨气。结合煤化工路线中产生 CO2 的氨气 （ 1.6 份 CO2）和甲醇（ 1.55 2 份）的 CO2 份数相加，制备每份 DMF 将排出 4.7 份 CO2，即 其过程排放量为 2.85 吨 CO2/吨 DMF。公用工程方面，我们根据某年产 10 万吨 DMF 项目的公用 工程消耗计算，以甲醇和氨气为原料从制备二甲胺工序开始， 单吨 DMF 蒸汽用量 9 吨 ， 耗电量 600kWh， 再加上煤制甲醇与氨气的工序，煤化工原料路线的公用工程碳排放量总计为 5.43 吨 CO2/ 吨 DMF，单位总碳排放量为 7.69 吨 CO2/吨 DMF。气头路线的排放差异在于甲醇和氨气制备过 程，同理计算气头单位总碳排放量为 5.56 吨 CO2/吨 DMF。 3H 2 + N 2 2 NH 3 合成氨 C + H 2 O CO + H 2 煤气化、变换过程 CO + H 2 O CO 2 + H 2 CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 天然气蒸汽重整、变换 CO + H 2 O CO 2 + H 2 2NH 3 + CO 2 NH 2 CO ONH 4 合成尿素 NH 2 COO NH 4 CO(NH 2 ) 2 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 基础化工行业深度报告 化工碳中和系列报告二：化工行业碳排放压力有多大？ 15 图 14： 甲醇及其下游产品制备过程反应式 资料来源： 公开资料整理， 东方证券研究所 3.3 C2 产业链 C2 产业链主要列举乙烯、乙二醇及 PVC。 3.3.1 乙烯 烯烃是甲醇的重要下游产品，主要有三条制备路线，分别是煤炭（甲醇）、石脑油和乙烷裂解 和丙 烷脱氢。 在此着重讨论煤头 MTO 和石脑油、乙烷裂解路径。 MTO 的甲醇质量单耗按约 2.8 左右 计，单吨煤制甲醇 CO2 工艺排放量为 2.13 吨，则单吨乙烯的过程排放量为 5.97 吨 CO2/吨乙烯。 丙烯与乙烯单位吨碳排放量基本一致。另外根据开滦集团 60 万吨煤烯烃项目（含煤气化过程）和 宝丰宁夏三期的公用工程消耗计算，单吨煤制烯烃公用工程排放量为 4.06 吨，故煤制烯烃总排放 量为 10.03 吨 CO2/吨烯烃。 依据 IPCC，石脑油裂解制乙烯的过程排放为 1.73 吨 CO2/吨乙烯，乙烷裂解过程排放为 0.95 吨 CO2/吨乙烯， 基于国内项目测算的公用工程排放为 0.94 吨 CO2