碳中和目標下石油與化學工業綠色低碳發展路徑分析

黃晟，王靜宇，李振宇

（1 燕山大學公共管理學院，河北 秦皇島 066004；2 多弗國際控股集團有限公司，北京 100124）

2020 年9 月22 日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上首次宣布“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。該目標的提出在充分展現大國責任擔當的同時，也為中國石油與化學工業轉型升級、低碳發展帶來了挑戰與機遇。據BP《2021 世界能源統計》數據顯示，2020 年中國二氧化碳排放總量位居世界第一，減排壓力巨大。2020 年中國石油與化學工業CO總排放量約為14.81 億噸，約占全國CO排放總量16%，要實現“雙碳”目標任務緊迫。石油與化工行業規模大、能耗高，碳排放強度高，有可能在“十四五”期間被納入全國碳市場。石油與化工行業必須以碳達峰、碳中和的目標倒逼自身碳減排意識的增強，積極參與碳排放權交易市場的建設，區域能源結合開發低碳節能工藝，促使行業朝著產品高端、工藝低碳的路徑前行。

1 典型國家及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施

1.1 歐盟國家及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施

1.1.1 歐盟碳排放交易系統

2005 年，歐盟碳排放交易系統（EU-ETS）建立，該系統是歐盟在成本效益的基礎上減少受監管部門溫室氣體排放的關鍵工具，覆蓋了約40%的歐盟排放。歐盟碳排放交易體系的成功構建離不開能源行業的鼎力支持，其中石油與化工領域的諸多企業，如荷蘭殼牌、德國巴斯夫等，都是歐盟碳排放交易系統的積極參與者與推動者。

歐盟碳排放交易系統經歷了數次改革，目前正處于第四個交易階段。第一階段是2005—2007年，在這一階段，覆蓋范圍僅包括二氧化碳排放權的交易，履約行業僅涵蓋電力部門和能源密集型工業部門，包括鋼鐵廠、煉油廠和散裝有機化學品的生產等。第二階段是2008—2012 年，該階段將航空行業納入交易體系，同時受控氣體除二氧化碳外，一些國家列入了硝酸生產過程中產生的氮氧化物排放。歐盟碳排放交易體系還將冰島、列支敦士登和挪威納入其中。第三階段是2013—2020年，在此階段，歐盟碳排放交易系統對石油與化工產品生產、鋁及硝酸等的碳排放予以重點關注，并為其設定每生產單位的排放上限。第四階段是2021—2030 年，根據歐盟委員會發布的《2030 年氣候計劃》，該系統的覆蓋范圍將擴大到海事部門的碳排放，可能還包括公路運輸和建筑部門；同時創建了多元的低碳融資體系，助力電力和工業部門應對低碳轉型的挑戰。

1.1.2 歐盟典型石油與化學工業的碳減排措施

在二氧化碳減排方面，歐盟大部分的能源公司均陸續發布“碳中和”的目標以及實施措施，通過發展新能源業務，加強技術創新及開發碳捕集、利用與封存技術等落實碳減排量。典型的企業有荷蘭殼牌、法國道達爾和德國巴斯夫。

2020 年4 月，荷蘭殼牌宣布在2050 年成為凈零排放的能源企業。該公司致力于實現產品生產過程的凈零排放，降低出售產品的碳排放強度。具體來說，以2016 年數據為標準，殼牌計劃到2030 年銷售的能源產品的碳排放強度降低20%，到2035年降低45%，直至2050 年，實現完全凈零排放。除此之外，荷蘭殼牌還為低碳轉型目標出臺了完善明確的規劃，確定了減排方式及優先級。殼牌計劃降低公司常規燃料的產量，分離和重整煉油和化工業務，建設競爭性能源化工一體化園區。該公司一直積極發展各類新能源業務，包括生物能源、氫能、風能和太陽能等，在巴西創立了一家合資公司Raizen，可以把甘蔗廢料轉化為生物燃料；在荷蘭、美國等國家建設多個風電場，并積極探索太陽能技術。此外，殼牌重視發展碳捕集與存儲（CCS）技術，計劃投資1億美金，用于種植碳中和林、濕地修復等項目，通過自然方式存儲其他業務中無法避免與降低的碳排放。

德國巴斯夫秉持可持續發展的理念，提出了氣候保護的目標：以2018 年為基準，到2030 年繼續減少25%的碳排放，到2050 年，達到二氧化碳接近零排放。巴斯夫還堅持通過革命性技術創新，比如電加熱蒸汽裂解技術和天然氣制氫技術等節能減排。利用可再生資源電力代替天然氣等化石燃料以及創新商業模式也是巴斯夫實現凈零排放的重要方式。2021年10月19日，由巴斯夫倡議，攜手價值鏈上下游伙伴共同創建的“可持續發展共建聯盟”（Sustainability Covalence）正式成立。該聯盟致力于通過合作，推動各個關鍵行業低碳發展，推廣循環經濟，為國家實現“雙碳”目標及全球氣候保護貢獻力量。

道達爾自2015年開始實施低碳戰略，致力于降低企業全價值鏈的二氧化碳排放。為實現2050 年“凈零排放”的目標，道達爾分別在提升能源使用效率、降低能源排放量和發展碳匯三方面采取多種措施提升產品質量，降低碳排放。2019年末，道達爾同Engie、AWS 等10 個跨國集團組成國際聯盟，共同致力于開發氫能、生物燃氣等新型能源。此外，道達爾還致力于發展碳匯相關技術：一方面成立道達爾基金會，提倡重新造林實現天然固碳，投資森林保護和恢復退化土地項目。另一方面則大力發展碳捕獲、利用與封存技術（CCUS），CCUS 技術研發的投入成本已占道達爾總研發預算的10%。

1.2 美國及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施

1.2.1 區域型碳排放交易系統

盡管美國沒有承擔《京都議定書》規定的強制減排義務，但部分地方政府和企業自下而上地探索區域層面的碳排放交易體系，如區域溫室氣體行動（RGGI）、西部氣候倡議（WCI）、美國芝加哥氣候交易所（CCX）等。

區域溫室氣體行動（RGGI）是美國第一個強制性的溫室氣體排放交易系統，涵蓋電力行業的二氧化碳排放，該系統于2009 年開始在美國東北部及大西洋沿岸中部10 個州運行。西部氣候倡議（WCI）于2007 年2 月由美國西部七個州和加拿大中西部四個省簽署。此倡議創立了一個涵蓋諸多行業的綜合性碳市場，并將減排交易氣體的覆蓋范圍從單純的二氧化碳擴展至六種溫室氣體。此外，WCI還將減排交易所產生的部分利潤用于本轄區的公益事業，例如創新低碳技術和提高能源效率等。芝加哥氣候交易所（CCX）成立于2003 年，是全球第一個具有法律約束力、基于國際規則的溫室氣體交易平臺。該交易平臺會員眾多，涉及行業廣泛，覆蓋的減排交易項目包括二氧化碳（CO）、甲烷（CH）、一氧化二氮（NO）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟化合物（PFCs）和六氟化硫（SF）六種溫室氣體。

1.2.2 美國典型石油與化學工業的碳減排措施

相較于歐洲的能源企業，美國的雪佛龍、埃克森美孚等盡管也在積極部署低碳發展戰略，但仍主張把油氣作為業務發展的核心，實現碳中和的目標行動相對保守。除此之外，與直接投資低碳能源相比，美國公司更傾向于通過發展碳捕捉與封存技術、生物燃料技術等來限制二氧化碳排放。

在全世界各國持續推動能源轉型、降低碳排放的背景下，埃克森美孚明確提出到2035 年實現全行業領先的溫室氣體排放績效，但沒有發布零碳目標和計劃。埃克森美孚堅持通過淘汰落后低效產能、優化煉化業務結構；開發應用熱電聯產裝置、優化工藝流程；瞄準二氧化碳捕集技術、發展負碳產業；擴大開放合作、加強科技創新，發展新能源項目等提升能源效率和節能減排能力。

2021年10月11日，雪佛龍公司承諾到2050年實現凈零排放。與埃克森美孚公司類似，雪佛龍堅持以“去碳化”為主的低碳發展路徑，短期內采取相對保守的能源轉型策略。雪佛龍希望通過發展具備一定競爭優勢的新能源產業，投資生物燃料技術、地熱和可再生能源發電技術、碳捕捉與封存技術來解決碳排放強度問題。雪佛龍宣布計劃與斯倫貝謝新能源公司、微軟公司和清潔能源系統公司在加利福尼亞州門多塔啟動一個具有引領性的生物能源與碳捕獲和封存（BECCS）項目，旨在產生碳負電。BECCS 項目將農業廢棄生物質轉化為可再生合成氣體，合成氣在燃燒室中與氧氣混合用來發電，并通過地下深層地質構造封存在此過程中99%的碳排放。

1.3 中國及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施

1.3.1 中國碳排放權交易市場

中國碳排放權交易市場的建設經歷了從局部試點到全國統一發展的階段。國家發展和改革委員會于2011 年10 月發布《關于開展碳排放權交易試點工作的通知》，準許在北京、上海、天津、重慶、廣東、湖北和深圳進行碳排放權交易試點建設，截至2014年6月，獲批的7個試點全部正式成立碳交易市場。2017 年，國家發展和改革委員會印發《全國碳排放權交易市場建設方案（發電行業）》的聲明，標志著全國碳交易體系建設正式啟動。2021 年7 月16 日，全國統一的碳排放權交易市場正式上線交易，第一個履約周期納入發電行業重點排放單位2162 家，覆蓋約45 億噸二氧化碳排放量。

2021年10月，《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030 年前碳達峰行動方案》的發布，預示著中國碳達峰、碳中和“1+”政策體系的建設與完善。2021 年10 月27 日，在第26 屆聯合國氣候變化大會于英國格拉斯哥召開之前，國務院新聞辦發表《中國應對氣候變化的政策與行動》白皮書，加強了全世界對中國氣候行動的了解，分享了應對氣候變化的中國智慧與中國方案，對于世界各國共建公平合理、合作共贏的全球氣候治理體系具有重大意義。

1.3.2 中國典型石油與化學工業企業的碳減排措施

長期以來，各大能源化工企業深入踐行習近平生態文明思想，大力發展清潔能源，開發二氧化碳捕集、利用與封存技術，為建設美麗中國、實現“雙碳”目標做出了卓越貢獻。

中國石油天然氣集團有限公司（簡稱“中石油”）將“綠色低碳”納入公司發展戰略，明確了“清潔替代、戰略接替、綠色轉型”三步走的戰略部署。長期以來，中石油大力實施“穩油增氣”策略，推動了天然氣產量快速增長；積極推進可再生能源布局，加大地熱資源的規模開發和綜合利用；高度重視科技創新，持續推進科技減排，發展碳捕集、利用與封存技術；此外，還致力于通過林業碳匯等推動產業低碳發展。2020 年，中石油全年植樹281.1 萬株，并在大慶油田馬鞍山建成首個“碳中和”林。

石油與化工行業是我國開展碳達峰、碳中和行動和建設碳排放權交易市場的重點領域。2021年3月29 日，中國石油化工集團有限公司（簡稱“中石化”）宣布將以凈零排放為終極目標，力爭比國家承諾提前十年實現碳中和。該公司將氫能視為公司新能源業務的主攻方向，計劃在國家“十四五”期間建設一千座加氫站或油氫合建站，創設“中國第一大氫能公司”。中石化未來將致力于開發綠氫煉化產品，提升原料利用的低碳化比例；積極參與全球甲烷減排倡議，多方面減少溫室氣體的排放；大力發展循環經濟，降低產品全生命周期碳足跡；建設齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范項目，為國家實現“雙碳”目標、應對氣候變化貢獻力量。

1.4 國外經驗與中國實踐的差異與啟示

通過對歐盟、美國和中國及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施進行橫向比較可以發現，如表1所示，在國家層面，歐盟、美國和中國都建立了碳排放權交易市場，但碳排放權交易市場建設的完善程度存在一定的差異。比如，在行業覆蓋范圍上，目前電力是參與中國碳排放交易系統的核心部門，而包括石油與化工在內的其他碳排放源較大的行業都被排除在外，因此碳排放權交易系統在實現碳減排的目標方面發揮的作用有限。相比之下，在歐盟及美國，大多數能源密集型行業，包括工業和電力，都被納入了碳排放交易計劃。在企業層面，大多數的能源公司都把開發利用可再生能源，加快太陽能、風能、氫能等新能源產業的應用與推廣；研發規模化的碳捕集、利用與封存技術作為節能減排的重要手段，但在實現碳中和的目標行動上有所不同。

表1 典型國家及其石油與化學工業面對“雙碳”目標采取的措施

從歐盟和美國的經驗可知，建設一個包含更多行業的全國性、完整的碳排放權交易市場是現實之需。中國碳排放權交易市場覆蓋更多的碳排放產業和部門有利于構建一個更加穩定有效的碳減排環境，是中國實現碳中和目標的有效方式。石油與化工行業是高耗能、高污染、高排放的“三高”行業，在低碳發展中扮演著不可或缺的角色，作為碳排放的大戶，有可能在“十四五”期間被納入全國碳市場。中國承諾從碳達峰到碳中和的時間低于歐盟國家，再加上我國缺油少氣、相對富煤的資源稟賦，決定了中國石油與化工行業必須結合能源分布情況和石油與化工產品的碳排放情況，探究一條符合中國國情的低碳發展道路。

2 典型石油與化工產品生產的工藝現狀及碳排放

2.1 乙烯生產的工藝現狀及碳排放

乙烯是石油與化學工業的基礎原料，被稱為“石化工業之母”，其產量、生產規模和生產技術水平是衡量一個國家石油與化工行業發展的重要指標。2020 年，中國乙烯產量達2160 萬噸，同比增長5.2%。迄今為止，世界上主要的乙烯生產是以石油或油田輕烴為原料的，生產工藝有乙烷或石腦油通過管式爐蒸汽裂解制乙烯、重油催化裂解制乙烯、原油直接裂解制乙烯等；非石油工藝路線的乙烯生產主要采用煤（甲醇）制烯烴。其他工藝，如石腦油催化裂解制乙烯、生物乙醇制乙烯、合成氣制乙烯、甲烷直接制乙烯等還處于研究或試驗階段。由于我國“貧油、少氣、富煤”的資源稟賦，我國目前主要的乙烯生產路線有兩種，即以石油為原料的蒸汽裂解制乙烯和以煤為原料的煤（甲醇）制乙烯，目前新建單系列產能規模分別約為100 萬噸/年和60 萬噸/年。2020 年我國乙烯產能已達到3518 萬噸/年，預計“十四五”末將達到7350 萬噸/年，其中，煤（甲醇）制烯烴裝置在2019年已投產24套，產能1360萬噸/年。

2.1.1 石油路線乙烯工藝現狀

蒸汽裂解制乙烯技術的原料適應范圍廣闊，乙烷、液化氣、輕烴、石腦油、柴油等均可，原料成本在總成本中的占比高達60%～80%，以石腦油為原料的、典型的裂解產品為乙烯30%左右、丙烯15%左右，是目前乙烯、丙烯生產的主要工藝。

對于一套乙烯蒸汽裂解裝置來說，裂解爐技術和可操作性是基石。大型化、縮短停留時間、提高裂解深度、增強裂解原料變化的操作彈性已變成裂解爐技術發展的主要趨勢。最近幾年，各大乙烯技術專利商在爐膛設計、爐管結構、抑制結焦技術等方面均取得了卓越的進展。已建的最大石腦油裂解爐能力為20 萬噸/年，最大的乙烷裂解爐能力為23.5 萬噸/年。分離過程是乙烯生產的核心環節，目前全球范圍內乙烯分離技術主要有三大類，即順序分離技術、前脫乙烷前加氫技術和前脫丙烷前加氫技術。經過多年的研發創新，管式爐蒸汽裂解工藝已經非常成熟，現有的乙烯生產裝置主要是通過各種先進技術和工藝流程的組合調整，進行工藝整體優化。未來蒸汽裂解生產乙烯的技術仍是朝著低能耗、低成本、提高裂解爐對原料的適應性和延長運轉周期的方向發展。

2.1.2 非石油路線乙烯工藝現狀

在非石油路線制乙烯方面，我國廣泛采取的工藝流程是煤經合成氣和甲醇制烯烴。煤（甲醇）制烯烴可以替代石油產品，減少石油對外依存度，同時在較高油價下具有明顯經濟性。代表性的工藝技術有四種，即UOP/Hydro的甲醇制烯烴（MTO）技術、Lurgi 的甲醇制丙烯（MTP）技術、中國科學院大連化學物理研究所的DMTO工藝和中國石化上海石油化工研究院的S-MTO 工藝，四大工藝技術均已實現工業化應用。其中，2012年期間，中原石化60 萬噸/年甲醇制烯烴裝置首次成功應用了S-MTO 工藝，此裝置運行結果表明，對甲醇原料計雙烯收率達到32.7%，產品總收率達到40.9%，甲醇轉化率達到99.9%。

2.1.3 乙烯生產的能耗和碳排放核算

由于煤和石油具有不同的元素組成，煤制乙烯與石腦油裂解制乙烯也具有不同的能耗和二氧化碳排放量。當煤被用作生產烯烴的原料時，與石油或天然氣相比，煤的碳氫比更高。煤炭的組成基本為碳、無機物灰分和少量稠環芳烴，含氫很低，以煤為原料生產乙烯必然伴隨著氫/碳原子比的調整，氫的來源只能是通過水蒸氣造氣，工藝方式為高溫煤炭與水蒸氣發生化學反應，生成氫氣、一氧化碳，并且產生大量的二氧化碳；而石油組成中氫多碳少，氫/碳原子比為1.6～2.0或更高，其轉化過程主要通過長鏈烴、芳烴和環烴等催化裂化、裂解、重排等獲得目的產物，需要加氫的量大為減少，排放的二氧化碳相應就低很多。如表2所示，煤制乙烯的能耗為5.7t 標煤/t；石腦油制烯烴的能耗為620kg標油/t，即0.88t標煤/t。煤制乙烯的能耗遠遠大于石腦油制乙烯。此外，煤制烯烴生產過程中單位產品CO排放量約為11t，是石腦油制烯烴的5～10倍。

表2 烯烴生產的能耗和碳排放對比

2021 年11 月，為指導各地科學有序做好高耗能行業節能降碳技術改造，有效遏制“兩高”項目盲目發展，國家發展和改革委員會等部門發布關于《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平（2021年版）》的通知，對煉油、煤制烯烴（乙烯和丙烯）、乙烯（石腦烴類）等重點領域的能耗情況進行了明確的規定，如表3所示。通過對石腦油制烯烴和煤制烯烴兩種方式的能耗和基準水平進行對比發現，煤制烯烴項目的能耗遠高于行業基準水平。對于煤制烯烴項目，一般認為在油價50美元/桶以上具有良好經濟效益，但如果考慮碳排放的成本，是否繼續大規模發展、如何優質發展則成為碳減排大背景下的關鍵問題，也是我國石油與化學工業科學發展面臨的重大課題。

表3 石油與化學工業重點產品能效標桿水平和基準水平

2.2 成品油生產的工藝現狀及碳排放

2.2.1 石油路線成品油工藝現狀

不同煉油廠因原油資源定位、產品結構定位和產能規模等方面存在差異，加工過程中的單位能耗和二氧化碳排放量也存在差別。成品油生產調和的典型工藝流程如圖1所示，成品油生產調合涉及到多種組分和煉油廠幾乎所有的裝置，圖中心部分為直接參與調合裝置，左下角部分為間接參與調合裝置。

圖1 參與成品油生產調合的裝置流程

2.2.2 煤制油路線工藝現狀

煤制油工藝分為直接液化和間接液化。直接液化是將煤制成油煤漿，在450℃和10～30MPa 下催化加氫，得到液化油，然后進一步加工變成柴油、汽油和化工產品。神華集團在2008 年于內蒙古鄂爾多斯建成108 萬噸/年煤直接液化裝置，該工程是全球第一套商業化示范項目，標志著中國成為全球第一個掌握百萬噸級直接液化工程關鍵技術的國家，使中國煤制油技術實現了里程碑式的跨越。

間接液化是將煤氣化、凈化制成合成氣，然后經費托（F-T） 合成工藝，在反應壓力為2.0～3.0MPa，反應溫度低于350℃和催化劑的條件下制合成油及石化產品。2016 年12 月28 日，神華寧煤集團在寧東能源化工基地舉行了400萬噸/年煤炭間接液化項目產出油品慶祝儀式，該項目采用GSP干煤粉加壓氣化技術和鐵基高溫漿態床費托合成技術，是全世界單套裝置規模最大的煤制油項目。

2.2.3 成品油生產的能耗和碳排放核算

目前，按照國家對油品生產制定的能耗標準，中石化、中石油等大型國有企業煉油單位產品能耗限定值采用單位能量因數能耗指標進行核算，限定為不大于11.5kg 標油/(t·能量因數)；新建煉油企業煉油單位產品能耗準入值采用煉油(單位)綜合能耗和單位能量因數能耗兩個指標進行限制，其中煉油(單位)綜合能耗不大于63kg 標油/t，單位能量因數能耗不大于8.0kg 標油/(t·能量因數)。將其與表3中的煉油產品能效標桿水平和基準水平進行比較發現，現有煉油企業的單位能量因數能耗標準同樣遠高于行業基準水平。

此外，通過對成品油生產的工藝進行分析發現，如表4所示，石油制成品油行業平均水平綜合能 耗 為2491MJ/t，約59.6kg 標 油/t （1kg 標 油=41.8MJ）；煤間接液化的能耗水平為4t標煤/t，約為2800kg 標油/t。可以看出，煤間接液化的能耗較大，二氧化碳排放量較多。煤化工因為原料本身的“缺陷”及工藝流程更為復雜，所以能耗和碳排放情況比油氣路徑更高。但是，在可再生能源尚未完全替代化石能源之前，從我國的國情出發，為了突破大量進口原油和國際油價的限制，發展煤制油技術仍是我國能源戰略方針的重要方向。

表4 成品油生產的能耗和碳排放對比

2.3 中國能源的消費分布及碳排放情況

2.3.1 能源消費情況及碳排放情況

2019年全球能源消費144×10t油當量，其中石油資源占33%、煤炭資源占27%、天然氣資源占24%、新能源占16%。可以看出，化石燃料仍是世界的主流消費能源，但在不同的國家，化石能源的消費結構有所差異。美國和歐盟目前的燃料組合有一些相似之處，石油和天然氣占能源供應的大部分，而煤炭和可再生能源的份額要小得多。而中國和印度則與之相反，中國和印度目前煤炭能源占一次能源的55%～60%。

2020 年，全球煤炭消費量下降了6.2EJ（1EJ=10J），即4.2%。消費量降幅最大的國家包括美國和印度。其中，美國煤炭消費量下降了2.1EJ，印度下降了1.1EJ，而中國和馬來西亞的消費量分別增加了0.5EJ和0.2EJ。

二氧化碳增加的主要原因是化石燃料的消費。據統計，長期以來，中國的煤炭消費是二氧化碳排放的第一大來源，如圖2所示。2019年中國煤炭消費所排放的二氧化碳量約占總排放量的75%，而石油、天然氣和其他消費所排放的二氧化碳量分別約占總排放量的13%、5%和7%。其中，石油與化學工業的碳排放量不容小覷。

圖2 2012—2019年中國能源相關的二氧化碳排放量統計

2.3.2 能源分布情況

中國的能源受地理形勢、稟賦程度的影響，形成了獨特的分布格局。圖3為中國主要能源儲量地區的分布情況。其中，煤炭資源是伴隨著地質史上幾次大的聚煤期形成的，儲量豐富，分布廣泛，大致形成了以山西、陜西、河南、內蒙古、新疆、河北為主的北部富煤地區和以貴州、四川、云南為主的南部富煤地區。石油資源集中分布在渤海灣盆地、松遼盆地、塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、準噶爾盆地、珠江口盆地、柴達木盆地和東海陸架盆地，即中國的東北、華北和西北地區。中國的天然氣產區，主要為青海、四川、陜西、甘肅、寧夏、新疆以及東南海域，其中除東南海域外，其余大多都處在西北的偏遠地區。2021 年10 月23 日，自然資源部發布的《中國礦產資源報告（2021）》顯示，截至2020 年底，中國煤炭、石油、天然氣礦產儲量已達1622.88億噸、36.19億噸、62665.78億立方米。

圖3 中國主要能源礦產儲量地區分布

太陽能、風能等新能源分布存在時空差異性，西北地區是太陽能資源豐富區。風能是一種可持續的、無處不在的、無污染的可再生資源。中國幅員遼闊，風能資源豐富，總存儲容量為32.26×10W，實際可開發量為2.53×10W。風能資源豐富的地區主要是新疆、東北大部分地區、沿海地區和青藏高原中部。

2.3.3 區域碳排放與能源分布對比分析

本文整理了2019 年中國30 個省份的二氧化碳排放情況（圖4）和石油與化學工業的產值情況（圖5、表5），依據中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會于2017 年6 月30 日聯合發布的《國民經濟行業分類（GB/T 4754—2017）》，石油與化學工業的產值統計包括化學原料和化學制品制造業，石油、煤炭及其他燃料加工業，醫藥制造業，化學纖維制造業和橡膠及塑料制造業五大類，數據結果僅作分析使用。如圖4所示，通過對比發現，二氧化碳排放量前十的省份是山東（937.12Mt）、河北（914.20Mt）、江 蘇（804.59Mt）、內 蒙 古（794.28Mt）、廣 東（585.81Mt）、山西（566.48Mt）、遼寧（533.39Mt）、河 南（460.63Mt）、 新 疆（455.28Mt）、 安 徽（408.06Mt），而其中新疆、內蒙古、山西、河南等是我國著名的煤炭大省，探明煤炭資源量超過1000 億噸，化石能源較為豐富，為石油與化學工業的發展提供了豐富的物質基礎。除此之外，由表5 和圖5 可知，二氧化碳排放量較高的省份，其石油與化學工業的產值在全國也位居中上游。山東石油與化學工業的產值為1278.85 億元，江蘇石油與化學工業的產值為1029.1億元，廣東石油與化學工業的產值為740.52 億元，在各省排名中位居前三位。不可否認的是，盡管石油與化學工業的碳排放總量無法和電力、鋼鐵等碳排放巨頭相提并論，但是相關產品的碳排放強度還是較為突出的，能源的儲量情況和石油與化工產品的生產情況在一定程度上影響著各個省份的碳排放。

圖4 2019年中國30個省份的碳排放情況

圖5 2019年中國30個省份的石油與化學工業總產值

表5 2019年中國30個省份的石油與化學工業產值 單位：億元

如表6 所示，通過對中石油、中石化、中海油、中國神華四大能源化工企業的產品結構和萬元產值綜合能耗進行對比可以發現，中國神華的萬元產值綜合能耗遠遠高于中海油和中石化，碳排放強度也較為突出。能源結構布局綠色合理的企業其萬元產值綜合能耗較低，碳排放情況也更為樂觀。

表6 2020年重點能源化工企業的產品結構、綜合能耗及溫室氣體排放情況

煤化工工藝上天生的“缺陷”無法改變，但龍頭企業可以采取充足的應對措施來推動產業結構優化與落后產能淘汰，實施節能減排。因此，石油與化工行業要堅持綠色低碳的發展原則，重視資源保護，努力提高能源和材料的使用效率，最大程度減少資源消耗和二氧化碳排放。二氧化碳減排的重點是重點排放區域，重點排放區域同時也是乙烯、成品油等石油與化工產品的生產區域，以區域為重點開展技術攻關，進行工藝流程優化和產品優化是石油與化學工業可持續發展的重要方向。

3 石油與化學工業低碳發展的路徑

3.1 探索產業高端和工藝降碳的新技術

3.1.1 采用更加原子經濟性的工藝技術

工藝技術的更新換代，帶來了更加原子經濟性的新工藝。采用更加原子經濟性的工藝技術是碳資源高效利用、精細化學品清潔合成的重要基礎，是石油與化工行業可持續發展的重要保證。石油與化學工業可以通過縮短工藝流程、降低能源消耗提高資源的清潔高效轉化水平來杜絕或者減少副產物和污染物的排放。例如，原油直接裂解制乙烯，相比石腦油裂解制乙烯，縮短了工藝流程，降低了能耗；石腦油催化裂解制乙烯，降低了反應溫度，提升了雙烯產率；中國科學院大連化學物理研究所基于“納米限域催化”新概念，實現了煤經合成氣一步高效生產乙烯、丙烯等低碳烯烴，從基本原理上淘汰了長期以來煤轉化過程使用的費托（F-T）合成工藝，省略了既耗水又耗能的水煤氣變換和水——氫循環路線，降低了反應溫度，縮短了工藝流程，同時極大拓展了烯烴原料來源（如生物質、低價值碳源也可以很方便地轉化為合成氣），是一種碳足跡更低的乙烯生產工藝。包信和院士及其團隊提出的“納米限域催化”研究成果，也獲得2020年度國家自然科學獎一等獎。

另外，大力發展合成氣高選擇性轉化制含氧化合物技術，也是石油與化學工業降低二氧化碳排放的原子經濟性的生產方式。煤化工生產化學品，必須要通過氧的參與，但是不管是生產聚烯烴，還是生產成品油，都還需要再去掉氧。碳加氫和碳去氧工藝都非常復雜，必然會造成大量的能源損耗，排放大量的二氧化碳。因此，如果省去去氧環節，充分發揮煤化工的特點，揚長避短，把氧作為產品的組成部分，研發生產含氧化合物（如醇醚類化學品）和可降解塑料（如聚乙醇酸），那么將會較大幅度降低碳排放，形成煤化工綠色發展的獨特優勢。2021年7月6日，中國石化貴州50萬噸/年PGA項目一期工程開工，就是現代煤化工綠色清潔、高質量發展的引領性工程。

3.1.2 區域能源結合優化原料配比

據統計，我國的煤炭、天然氣、風能等資源大多分布在西北、東北和東南海域，分布較為集中，為產業耦合發展降碳提供了前提條件。石油與化學工業應正視乙烯、成品油等產品生產的高耗能、高碳排的工藝屬性，結合我國的基本國情和能源分布情況，通過加強科技創新和引進國內國際的新技術、新工藝，打破源頭減排和節能增效的桎梏，開拓二氧化碳資源化利用的新路徑，走出一條高碳產業低碳發展、資源循環利用的發展道路。同時，積極發展高端化、高附加值產品，增強競爭力。

在煤化工領域，可以通過改造煤化工的生產工藝流程，節能降耗、減少二氧化碳排放。一方面，煤化工可高效利用我國能源分布的地理優勢，大力發展合成氣技術，煤與富含氫氣的能源共同氣化以調整合成氣中的碳氫比例。煤炭資源碳多氫少，天然氣資源氫多碳少，采用煤和天然氣聯合造氣工藝，可以充分利用兩種原料的特點，實現碳氫互補平衡，大幅提高資源利用效率，控制能量消耗與二氧化碳的排放。當然，考慮到我國天然氣供給方面的嚴峻形勢及石油與化學工業的基本經濟效益，為解決天然氣的來源問題，在西北西南地區，我國可以結合“一帶一路”發展戰略，積極開拓國際市場，在富含天然氣資源的國家，投資建設相應的石油與化學工業基地和完備的石油與化學工業裝置，優先生產一些單價相對較低的天然氣化工產品，使得開采出來的天然氣資源能夠轉變為甲醇等便于運輸和利用的產物，而后運送到煤化工基地，從而和煤炭原料結合，優化碳氫配比，降低工藝過程的CO排放。在石油與化工領域，加強技術創新，突破高端材料技術瓶頸是實現石油與化工行業低碳發展的有效途徑。目前，多個國家正在探索和研究開發一步法制取乙烯的技術。此外，石油化工和綠氫化工耦合發展也是重要的節能減碳方式。

3.1.3 石油與化學工業與綠氫能源耦合發展降碳

隨著世界向低碳能源體系轉型，氫扮演著越來越重要的角色，氫能成為全世界及我國經濟低碳發展的重要方向，以“綠色、零碳”為特征的氫能正在成為引發全球能源結構和產業結構調整的重要方式。氫氣可以直接使用，也可以與（生物）碳或氮結合使用，以便于運輸。快速和凈零的氫氣生產以綠色和藍色氫氣為主，綠色氫是通過電解利用可再生能源制造的；藍色氫是從天然氣（或煤）中提取出來的，置換出來的碳被捕獲并儲存起來（CCUS）。

石油化工、煤化工與綠氫等低碳能源有機結合，是石油與化學工業高效生產石油與化工產品的重要理想路徑。將可再生能源制氫技術與煤氣化工藝耦合制造石油與化工產品，可以代替傳統的水煤氣變換工藝，消除二氧化碳直接排放的源頭，實現產品工藝生產過程的碳氫平衡，大幅提高煤炭利用的能源效率，顯著降低碳排放量。寧夏寶豐集團創新打造的“國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目”就是現代煤化工與綠氫能源耦合應用的經典案例。該項目用綠氫代替煤炭原料、綠氧代替煤炭燃料生產石油與化工產品，生產1t烯烴消耗的甲醇降為2.7t，能源轉化率比行業平均水平提高了18%，引領了行業綠色高質量發展。未來氫能產業進入成熟期，可再生能源制氫成本下降并可以大規模應用時，將可再生能源制氫用于石油與化工產品生產領域，可以促進石油與化學工業“綠色零碳”發展，為石油與化學工業綠色賦能。中國西北部地區煤炭、太陽能和風電資源儲量豐富，適宜煤化工與綠氫化工產業耦合發展。

3.2 建立綠色集成化工園區

區域化、基地化趨勢始終伴隨著美國石油與化工行業的發展，資源豐富、物流便利、市場廣闊是美國化工園區建設的關鍵因素。集中建設、統一供應服務，不僅降低了治理環境污染的成本，而且能高效地利用資源、物流等。因此，打造綠色集成化工園區是避免石油與化工行業粗放式發展，實現產業轉型升級的必經之路。綠色集成化工園區作為石油與化工行業發展的重要載體，是指在園區建設的源頭就貫徹綠色、環保、安全、智能的理念，應用循環經濟技術，以園區為平臺打造生態循環、集約高效、系統智能的產業鏈條和產業體系，以便最大限度地降低產品生產的單位能耗、減少污染物排放。綠色集成化工園區并非是石油與化工企業簡單的組織聚集，而是一個復雜的、相互聯系、相輔相成的有機系統。化工園區的建設要遵循產業可持續發展、資源可持續利用、生態環境可持續平衡、人員自身可持續發展、社區可持續發展五項建構原則，綜合部署化工園區原料產品項目、公用工程物流、安全消防應急、環境保護生態、智能智慧數據、管理服務科創“六位一體”的發展體系，促進化工園區的可持續發展。

首先，化工園區的產業規劃是具有高度前瞻性、科學性和戰略性的宏偉藍圖，指明了化工園區建設的性質、規模等。在最初的化工園區規劃選址階段，應按照協同、合作、共享的一體化設計理念，以提高效率和綠色生產為基礎，結合化工園區建設的特點，充分考慮原料、產品、市場之間的關系，合理謀劃能源供應、產品生產、設施建設、物流運輸等方面的布局，以實現公共工程設施的資源共享，提升化工園區產業的關聯度，降低園區資源的使用成本，推動化工園區產業的協同發展。其次，在化工園區的綜合一體化管理控制方面，要致力于減少產品在全生命周期內對環境的影響，嚴格遵循源頭規劃引導、中期綠色生產、末期綜合治理的基本原則，對項目準入、生產技術等實施嚴格的監督管控。要守住入園項目第一道門檻，從根本上運用循環經濟的理念，優先發展工藝流程節能減排、生產過程集成優化、項目規模合理規范、技術設計先進科學的石油與化工產品。此外，要加強園區的環保設施建設，構建安全節能的污染物治理體系。園區可以通過對“廢水、廢氣、廢渣”進行統一集中處理，最大限度降低污染物排放水平和治理成本。最后，搭建智能化的綠色化工園區平臺，建構規劃、生產、管理、環保、安全、應急六位一體的有機系統是實現化工園區高質量發展的必然選擇。以互聯網技術為支撐，圍繞安全生產、環境保護、應急聯動、運輸管理、辦公運營、服務保障等領域，建設園區科技創新平臺、應急管理和風險評估中心，通過數據整合與平臺搭建進行智慧管理，可以有效降低石油與化學工業生產的風險，減少化工園區對環境的污染破壞，提高石油與化工產品的綠色競爭力，實現園區資源配置的優化，促進石油與化工行業綠色、安全、高效的發展。

3.3 加大可再生能源的綜合利用

不可否認，石油與化工行業節能減排的推進不能脫離我國的基本國情，低碳社會的發展也不能以犧牲經濟發展為代價，實現這一目標的重要方式是加大可再生能源的綜合利用。大力開發利用可再生能源，減少化石能源消費，優化能源結構，部署清潔高效、綠色低碳的能源體系，是中國減少二氧化碳排放，實施碳中和行動的重要途徑，也是中國應對氣候變化威脅的主要手段。可再生能源——包括風能、太陽能、地熱能和生物能源等，是能源發展的主力軍，可以助力石油與化工行業實現低碳減排。其中，風能和太陽能正是研究人員關注的焦點。2020 年間，全球風能和太陽能發電增加了238GW，中國的風能和太陽能發電量增長約占全球的一半，其中風電容量（72GW）的擴張尤其引人注目。這得益于中國對新的風能和太陽能發電能力的開發和投資的大幅增加，有助于降低全球風能和太陽能的成本，促進可再生能源在能源消費中的穩定增長。石油與化學工業從高碳化石能源向綠色低碳可再生能源轉型是發展的現實之需，在條件允許的區域，通過煤化工與風電、光伏發電、水電等耦合，直接使用可再生能源發電或可再生能源發電——電解水制氫，以替代或部分替代燃煤發電和煤制氫，可以大幅提升石油與化學工業的綠色低碳化水平。此外，基于我國能源分布的獨特優勢，國家可以建設可再生能源基地，比如在西北地區建立以太陽能資源利用為主的西北可再生能源利用基地，在東南沿海建立以海上風電為主的東南沿海可再生能源利用基地等，充分利用我國的地理優勢，構建石油與化學工業低碳發展的基石。

3.4 發展碳捕集、利用與封存技術

碳捕集、 利用與封存（carbon capture utilization and storage，簡稱CCUS）技術是當前多個國家重點研發的溫室氣體減排技術，也是中國減少碳排放、保障能源安全和實現碳中和的重要手段。在石油與化工行業，可以充分利用生產過程副產高濃度二氧化碳的特點，加大二氧化碳利用與封存技術的前沿性研發，建設二氧化碳捕集、利用與封存的完整工業鏈條。在二氧化碳捕集環節，要把提高二氧化碳捕集效率及規模，降低捕集成本作為研究的重點，通過吸收法、吸附法、膜分離法等手段，將各類混合氣體中的二氧化碳進行富集，為二氧化碳的利用和封存做好準備。在二氧化碳利用階段，可以把捕集的高濃度CO作為基礎原料，進一步加工應用于日常生活及石油與化工產品的生產活動中。在日常生活方面，二氧化碳可用于生產碳酸飲料、啤酒以及糧食的保鮮儲藏等，比如，華能集團北京高碑店熱電廠的碳捕集示范項目，每年可以捕集3000t CO，其中，可用于精細生產的食品級CO經過加工再利用，能夠滿足北京碳酸飲料市場的需求。在工業方面，著重在二氧化碳制芳烴、二氧化碳制甲醇、二氧化碳制乙醇、二氧化碳制乙二醇、二氧化碳制成品油、二氧化碳制烯烴等方面開展聯合技術攻關，開發世界前瞻技術，為行業探索二氧化碳資源化利用的現實路徑，促進資源的循環利用。二氧化碳封存與埋藏技術是實現二氧化碳大規模減排的重要方式。在石油與化工產品的生產流程中，將捕集的不易利用的CO運輸到開采完的枯竭油田、氣田、廢棄煤礦和地下深部咸水層，利用技術手段將其長時間與大氣隔離，不僅可以埋藏和封存二氧化碳，還可以進行驅油和驅氣，提高油氣的開采率。例如，2021年7月5日，中石化啟動的齊魯石化-勝利油田百萬噸級的碳捕集、利用與封存（CCUS）項目可實現二氧化碳捕集、驅油與封存的一體化應用。預計未來15 年，勝利油田將累計向油層中注入二氧化碳1068萬噸，實現增油227萬噸。另外，中國海洋資源豐富，二氧化碳海底封存潛力巨大，我國要高度重視海洋技術的創新發展，突破制約海洋資源利用的科技瓶頸，在渤海、東海、南海等地進行二氧化碳的海洋封存。

3.5 加強甲烷等非二氧化碳溫室氣體的管控

甲烷是僅次于二氧化碳的全球第二大溫室氣體，其二十年水平的全球增溫潛勢（GWP）是二氧化碳的84 倍，一百年水平的全球增溫潛勢（GWP）是二氧化碳的28倍，減少甲烷等非二氧化碳溫室氣體的排放是應對氣候變化的重要手段，也是實現碳中和的有效途徑。出臺明確的政策法規是控制甲烷等溫室氣體排放的前提，應盡快完善甲烷減排的法律法規和引導性政策，擬定甲烷減排的規章制度，組織編制石油與化學工業甲烷減排的體系規劃，制定石油與化學工業甲烷排放的技術標準，比如修訂煤層氣、煤礦瓦斯的排放標準等，約束石油與化工行業的甲烷減排。完備的監管體系建設是控制甲烷等溫室氣體排放的保障，建議建立完善的甲烷監測評估體系和甲烷排放核算體系，充分利用無人機、遙感等技術開展甲烷排放監測工作，確保監測結果的真實性、準確性和全面性；重視對甲烷固定排放源的監管，減少油氣開采加工、運輸儲存等環節的甲烷泄漏。先進的減排技術創新是控制甲烷等溫室氣體排放的核心。排放監測技術的落后會制約甲烷減排行動的落實，目前歐洲的TROPOMI 和Prisma 衛星都能監測甲烷的排放，加強甲烷排放監測技術的研發，擴大甲烷減排技術的應用規模，建立常態化的泄漏檢測修復機制，實施總量控制、在線監測、源頭減排、實時預警、全面協調的甲烷減排措施有助于石油與化工行業高質量發展。

4 推動石油與化學工業碳減排的對策

4.1 國家政策層面

中國始終高度重視應對氣候變化，是氣候行動的積極推動者和堅定踐行者。為了盡快實現碳達峰、碳中和的目標，中國必須從政策層面規范、引導、支持石油與化工行業綠色可持續發展，加快推進碳排放權交易體系的覆蓋范圍，將更多高耗能、高排放的行業納入碳排放權交易市場。預計石油與化工行業有可能在“十四五”期間被納入到全國碳排放權交易市場。碳排放交易的有序開展，離不開法律制度的保障，每個碳排放權交易系統都必須建立在強有力的法律基礎之上。歐盟碳排放交易系統的成功得益于其交易體系的設計和相關強制性法律法規的約束。在歐洲，歐盟碳排放交易系統是歐洲環境立法的一部分，歐盟委員會負責執行歐盟碳排放交易系統立法，并有權對違反規定的成員國實施處罰。中國應根據國際市場的發展趨勢，學習發達國家的成熟經驗，盡快出臺相對完整的碳排放交易法。以全國碳市場的法律法規和政策為導向，加強政策跟蹤，進一步明晰國務院各部門、地方主管部門、石油與化工行業的任務分工，充分調動各方積極落實各項管理任務職責。具體有效的獎懲措施是減排和污染監管的關鍵，在石油與化學工業碳減排處罰措施的設計上，建議對未履行減排義務的排放企業處以一定的罰款，使碳減排成為石油與化工行業低碳運行的“剛性約束”。應出臺環境友好型自然資源稅法，以增強綠色投資，確保石油與化工產品的清潔生產。

4.2 社會文化層面

為應對碳達峰、碳中和目標帶來的巨大挑戰，石油與化工行業要堅持以建設富強、民主、文明、和諧的社會主義現代化國家為己任，以落實創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念為方向推進石油與化工行業的文化建設。“我們既要綠水青山,也要金山銀山。寧要綠水青山，不要金山銀山，而且綠水青山就是金山銀山”。這是全球生態文明建設的中國智慧，可以為世界各國攜手創造生態文明的美好未來、推動構建人類命運共同體做出貢獻。因此，社會要營造綠色低碳發展、產業結合創新的氛圍；高校、企業和科研單位要協同攻克“卡脖子”技術，引領石油與化學工業的發展；石油與化工行業要秉持綠色化工、節能提效、智慧低碳的理念，主動落實生態文明措施，創新商業運營模式和生產方式，安全高質生產，樹立敢于擔責、開拓創新的企業形象。

4.3 科技創新層面

加強科技創新，開展關鍵和前沿技術研究是引領石油與化學工業發展、促進石油與化學工業碳減排的第一動力。“十四五”時期是加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系的關鍵五年，是實現碳達峰目標的窗口期，要緊跟碳達峰碳中和的目標和進程，加快構建人與自然和諧發展的石油與化學工業建設新局面。伴隨著5G 技術、人工智能技術的高速推廣，石油與化工行業必將迎來更深層次的變革發展，掌握新興前沿技術的國家企業必然會處于市場競爭的優勢地位。因此，石油與化工行業要抓住能源轉型的關鍵期開拓創新，充分響應國家政策法規的要求，把創新作為未來發展的核心驅動力，持續推進數字化、智能化體系的建設完善，把提質增效的基點牢固建立在技術創新上。大力推進利用數字技術為產業賦能，加快成熟石油化工技術的孵化，加強可再生能源利用技術的推廣，積極研發生物質制造技術、廢棄化學品循環利用技術、CO資源化利用技術等，加強碳捕集、利用與封存技術的科技攻關，建設零碳、負碳產業集聚區。通過系統集成、流程優化、資源綜合利用等途徑，提升石油與化工行業的整體技術水平，大幅降低行業能耗和二氧化碳排放，為消費者提供更多清潔低碳的能源。

5 結語

碳達峰、碳中和目標的提出給石油與化工行業帶來了新的機遇與挑戰，創建清潔低碳、安全智能的生產體系是大勢所趨。從乙烯、成品油等終端產品的工藝比較中可以看出，石油與化工行業是一個高耗能、高碳排的行業。要想真正改變當前高耗能、高碳排的狀況，必須把石油與化學工業的建設看作一個有機的整體，把減排、經濟、效益放在石油與化學工業生產的第一位。我國獨特的能源分布情況為實現資源的綜合利用提供了條件，二氧化碳減排的工作重點是重點排放區域，重點排放區域同時也是乙烯、成品油等產品的生產區域，以區域為重點進行優化，包括工藝流程優化、產品優化、建立綠色集成化工園區等。另一方面，還要從創新和技術上著手，大力發展可再生能源利用技術，碳捕集、利用與封存技術，甲烷減排監測技術等。石油與化工行業要在借鑒發達國家二氧化碳減排措施的基礎上，立足本國國情，加強核心技術攻關，將政策扶持、科技創新和產業發展有效結合，以便在新一輪能源革命和產業轉型升級中處于優勢地位。