中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和路徑及支撐技術(shù)

魏志強(qiáng)，曹建軍，孫麗麗，曹湘洪

(1.中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101；2.中國(guó)石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 100029； 3.中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司，北京 100728)

煉油和石油化工產(chǎn)業(yè)簡(jiǎn)稱煉化產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，主要為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供汽、煤、柴油等各種煉油產(chǎn)品，基礎(chǔ)化學(xué)品和三大合成材料，承擔(dān)著支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障國(guó)家能源安全，保障國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要，滿足低碳、零碳能源開發(fā)和綠色低碳發(fā)展需求等重要的歷史責(zé)任[1-3]。

煉化產(chǎn)業(yè)因其自身工藝生產(chǎn)特點(diǎn)，需要連續(xù)穩(wěn)定可靠的能源系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能源結(jié)構(gòu)以化石能源為主，碳排放量大，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和(“雙碳”)目標(biāo)挑戰(zhàn)性及困難多，十分需要深入研究碳減排路徑，尋找穩(wěn)妥、經(jīng)濟(jì)可行的碳減排的具體技術(shù)方案，支持中國(guó)如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)[4-7]。

根據(jù)中國(guó)工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目《我國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的路徑及支撐技術(shù)研究》的結(jié)果，深入分析國(guó)內(nèi)外煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和碳排放情況，在認(rèn)真研究預(yù)測(cè)未來(lái)中國(guó)主要煉油石化產(chǎn)品的市場(chǎng)需求和碳排放量的基礎(chǔ)上，提出了中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)的“雙碳”目標(biāo)實(shí)施路徑、主要支撐技術(shù)和對(duì)策建議。

1 國(guó)外煉化產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的煉化產(chǎn)業(yè)已邁過(guò)快速發(fā)展期，碳排放量達(dá)到峰值后開始持續(xù)下降[8-10]。美國(guó)煉油化工(煉化)產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了起步期(1862—1940年)、高速發(fā)展期(1940—1982年)、結(jié)構(gòu)調(diào)整期(1982年后)3個(gè)階段，于2007年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，煉油規(guī)模穩(wěn)定在8.5×108t/a左右。以德國(guó)為代表，歐洲煉化產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速擴(kuò)張期(1850—1980年)和結(jié)構(gòu)調(diào)整期(1980年后)，于1990年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。日本煉化產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)期(1975年前)、產(chǎn)能下降期(1975—1990年)和結(jié)構(gòu)調(diào)整期(1990年后)3個(gè)階段，于2012年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，煉油規(guī)模穩(wěn)定在2×108t/a左右。進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整期至今，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)煉化產(chǎn)業(yè)碳排放平均下降幅度約為30%，碳排放降低的原因主要包括：煉化產(chǎn)品消費(fèi)總量的下降，產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能降碳技術(shù)推廣應(yīng)用，低碳燃料如天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比提升，企業(yè)集中度不斷提升和企業(yè)平均加工規(guī)模逐漸增加等，目前已基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展與碳排放脫鉤。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

歐洲石化公司[8-10]對(duì)低碳轉(zhuǎn)型態(tài)度積極，制定了碳中和目標(biāo)和推進(jìn)以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)向可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的措施。英國(guó)石油(BP)公司宣布到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，積極布局能源轉(zhuǎn)型，計(jì)劃未來(lái)10年內(nèi)每年在低碳領(lǐng)域投資約50×108USD；預(yù)計(jì)2030年，BP公司將開發(fā)約50 GW的可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量；生物能源產(chǎn)量增加到10×104bbl/d(1 bbl=159 L)；氫能業(yè)務(wù)在核心市場(chǎng)的份額增長(zhǎng)到10%。殼牌集團(tuán)宣布在2050年或更早成為凈零碳排放的能源企業(yè)，計(jì)劃石油產(chǎn)量每年將下降1%～2%，到2030年將傳統(tǒng)燃料的產(chǎn)量減少55%；在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域增加投資，到2030年新能源發(fā)電量新增出售560 GW·h。道達(dá)爾能源公司宣布2050年在全球生產(chǎn)業(yè)務(wù)以及客戶所使用的能源產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)凈零排放，全力推進(jìn)新能源發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)發(fā)展，同時(shí)持續(xù)推進(jìn)生物燃料的研發(fā)利用以及煉化工廠的“灰氫轉(zhuǎn)綠氫”計(jì)劃。埃尼集團(tuán)(Eni)承諾2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，計(jì)劃在減少原油產(chǎn)量的同時(shí)增加天然氣的占比，2030年達(dá)到60%；2030年可再生能源發(fā)電能力達(dá)到30 GW，2050年達(dá)到60 GW，生物煉油廠產(chǎn)能在2035年達(dá)到6×106t/a；2050年碳捕集和封存(CCS)能力達(dá)到50 MtCO2；計(jì)劃將不斷增加可再生能源開發(fā)在投資中的占比，由2025年的30%到2030年60%再到2040年80%。

美國(guó)石油、石化公司[8-10]認(rèn)為石油需求長(zhǎng)期向好趨勢(shì)不會(huì)有根本改變，認(rèn)可研究產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展路徑的必要性，專注能源低碳轉(zhuǎn)型中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，如煉化企業(yè)低碳化發(fā)展，大力推廣生物燃料，發(fā)展氫燃料和碳捕集、利用和封存(CCUS)業(yè)務(wù)。埃克森美孚公司認(rèn)為油氣資源仍是人類長(zhǎng)期的能源需求，該公司以每5年設(shè)置減排目標(biāo)的方式推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型，計(jì)劃到2028年將碳排放強(qiáng)度減少35%(與2016年相比)。雪佛龍公司認(rèn)為未來(lái)20年世界還需要更多的石油和天然氣供應(yīng)，該公司堅(jiān)持油氣業(yè)務(wù)為主體，但石油和天然氣領(lǐng)域在未來(lái)20年內(nèi)或?qū)⒉皇枪镜淖畲髽I(yè)務(wù)。

1.3 啟示

從美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的發(fā)展歷程看，其能源消費(fèi)呈現(xiàn)“S”型規(guī)律，其石油消費(fèi)已過(guò)峰值，能源消費(fèi)總量下降帶動(dòng)碳排放總量下降，使經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤。在其發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家政策是推動(dòng)石化公司能源低碳轉(zhuǎn)型的重要因素，但能源低碳轉(zhuǎn)型是一個(gè)漫長(zhǎng)的漸進(jìn)過(guò)程，較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍然難以改變以油氣為主的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，總體看目前仍處于低碳轉(zhuǎn)型的起步階段，煉化產(chǎn)業(yè)的低碳發(fā)展符合本國(guó)或本地區(qū)能源低碳發(fā)展的特征。中國(guó)短期內(nèi)對(duì)油氣和石化產(chǎn)品的依賴不會(huì)減少，為保障國(guó)家能源安全，中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)應(yīng)充分借鑒國(guó)際石化公司的發(fā)展戰(zhàn)略，正確處理保障國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)系，采取“油氣+清潔能源”發(fā)展模式，走具有中國(guó)特色的低碳發(fā)展道路。

2 中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、碳排放情況及面臨的挑戰(zhàn)

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界首位。2022年，中國(guó)煉油能力9.2×108t/a，乙烯生產(chǎn)能力4675×104t/a，對(duì)二甲苯(PX)生產(chǎn)能力3467×104t/a，均居世界首位[11]。至2021年底，國(guó)內(nèi)千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠達(dá)到36座，單廠平均產(chǎn)能提高至528×104t/a；百萬(wàn)噸級(jí)乙烯(以石油為基礎(chǔ)原料)企業(yè)達(dá)到13家，平均規(guī)模提高至70×104t/a。

逐步實(shí)現(xiàn)了煉化一體化發(fā)展。2022年，36座千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠中的23座實(shí)現(xiàn)了煉化一體化發(fā)展。一體化主要有“煉油-乙烯”，或“煉油-芳烴”，或“煉油-乙烯-芳烴”3種模式。

煉化技術(shù)整體處于國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)已具備采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠和百萬(wàn)噸級(jí)乙烯裝置能力，擁有一批具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和專有技術(shù)，部分技術(shù)世界領(lǐng)先。

成品油質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)國(guó)ⅥA/B汽柴油標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組分類指標(biāo)控制嚴(yán)格，個(gè)別指標(biāo)嚴(yán)于歐Ⅵ汽柴油標(biāo)準(zhǔn)。2023年7月起在全國(guó)實(shí)施國(guó)ⅥB汽柴油標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 碳排放情況

根據(jù)工信部2011年印發(fā)的《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計(jì)算方法》、國(guó)家發(fā)改委2014年印發(fā)的《中國(guó)石油化工企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》、IPCC 2006—2019年等的碳排放核算方法，測(cè)算2021年中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放總量約為5.26×108t，其中與能源相關(guān)排放量約占總排放量的45%；過(guò)程排放主要包括催化燒焦碳排放量約占8.5%和制氫排放量約占22.5%；間接排放量約占總排放量的24%。

2.3 碳達(dá)峰和碳中和預(yù)測(cè)

根據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)未來(lái)煉化產(chǎn)業(yè)的原油加工量、主要化工產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，如圖1所示。考慮總需求量、原料對(duì)外依存度、產(chǎn)業(yè)政策趨勢(shì)等因素，給出了不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)的能源消費(fèi)特征、主要原料特征和工藝路線等進(jìn)行了分情景預(yù)設(shè)，提出了基準(zhǔn)、碳中和2個(gè)發(fā)展情景。

基準(zhǔn)情景：煉化產(chǎn)業(yè)主要工藝路線不發(fā)生重大變化、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在當(dāng)前現(xiàn)狀下基本保持穩(wěn)定、氫氣來(lái)源不發(fā)生明顯變化。

碳中和情景：煉化產(chǎn)業(yè)消耗的化石燃料將會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低碳電力替代，氫氣將由當(dāng)前的煤制氫為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫G氫為主，淘汰落后產(chǎn)能增上新產(chǎn)能，廢舊塑料回收率達(dá)到45%。

如圖2所示，基準(zhǔn)情景下，中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量2035年達(dá)到峰值，約為7.9×108t/a，比2021年高51%。其中，煉油產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量2027年達(dá)峰，約為2.6×108t/a；石油化工產(chǎn)業(yè)2035年達(dá)峰，約為5.6×108t/a。到2060年時(shí)，煉化產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量仍將達(dá)到4.78×108t/a，實(shí)現(xiàn)碳中和難度較大。

如圖3所示，碳中和情景下，中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量2030年達(dá)到峰值，約為6.4×108t/a，比2021年高約22%。其中煉油產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量2027年左右達(dá)峰，約為2.4×108t/a；石油化工產(chǎn)業(yè)2032年達(dá)峰，約為4.4×108t/a。到2060年時(shí)，煉化產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量仍將達(dá)到1.5×108t/a，需要通過(guò)CCUS、碳交易和碳匯等措施，最終實(shí)現(xiàn)碳中和。

圖1 2023—2060年中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)原油加工量和 主要產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測(cè)Fig.1 Forecast of crude oil processing capacity and main product output in China′s refining and chemical industry from 2023 to 2060

圖2 2025-2060年基準(zhǔn)情景下中國(guó)煉化 產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量預(yù)測(cè)情況Fig.2 Forecast of carbon dioxide emissions in China′s refining and chemical industry under the baseline scenario from 2025 to 2060

圖3 2025—2060年碳中和情景下中國(guó)煉化 產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量預(yù)測(cè)情況Fig.3 Forecast of carbon dioxide emissions in China′s refining and chemical industry under the carbon neutrality scenario from 2025 to 2060

2.4 實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

(1)能源消耗高度依賴化石能源。煉油和乙烯能源消耗總量中化石能源的比例均超過(guò)90%，消耗的主要能源是為煉化生產(chǎn)過(guò)程供熱及供電的燃料與電力。

(2)碳減排基數(shù)大，碳排放量短期仍將增長(zhǎng)。2021年中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)碳排放量約為5.26×108t/a，約占全國(guó)碳排放總量的5%。當(dāng)前中國(guó)石化產(chǎn)品仍不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化尚未完成，煉化產(chǎn)品需求仍將保持一定幅度增長(zhǎng)，碳排放仍將呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

(3)實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間較為緊張。中國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和只有30年時(shí)間；歐盟從碳達(dá)峰到碳中和有71年時(shí)間，美國(guó)有45年時(shí)間。時(shí)間緊、任務(wù)重，面臨的挑戰(zhàn)和任務(wù)將更加艱巨。

3 中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)的碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)

3.1 碳達(dá)峰目標(biāo)

結(jié)合中國(guó)能源稟賦情況和煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際，通過(guò)采取節(jié)能提高能效、現(xiàn)有煉化裝置節(jié)能降碳技術(shù)改造、增加低碳能源使用量、采用先進(jìn)煉化技術(shù)等措施，逐步降低煉化產(chǎn)業(yè)碳排放強(qiáng)度，初步建成綠色低碳循環(huán)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，力爭(zhēng)2030年前煉化產(chǎn)業(yè)整體實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值約為6.4×108t/a。其中，鑒于中國(guó)煉油產(chǎn)能現(xiàn)已處于過(guò)剩狀態(tài)，并且國(guó)家明確要求2025年將煉油產(chǎn)能控制在10×108t/a以內(nèi)，中國(guó)煉油產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰時(shí)間可能在2027年左右，而中國(guó)乙烯當(dāng)量需求自給率目前僅為68%，未來(lái)仍有發(fā)展必要，乙烯產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰時(shí)間可能在2032年左右。

3.2 碳中和目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰以后，隨著降碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)不斷成熟和逐步推廣應(yīng)用，以及綠電、綠氫逐步大規(guī)模替代化石能源，中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)碳排放量經(jīng)過(guò)5年左右平臺(tái)期后會(huì)逐步開始下降，理想狀態(tài)是到2060年時(shí)二氧化碳排放量下降到1.5×108t/a左右，需要通過(guò)CCUS、碳匯和碳交易等手段，最終實(shí)現(xiàn)碳中和。

4 中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施路徑和支撐技術(shù)

為積極穩(wěn)妥推進(jìn)中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和，研究提出了7項(xiàng)實(shí)施路徑及其需要支撐的技術(shù)。

4.1 加大節(jié)能減碳改造力度，降低碳排放強(qiáng)度

(1)實(shí)施路徑。一是開發(fā)和推廣節(jié)能新技術(shù)、節(jié)能新設(shè)備和新材料，對(duì)現(xiàn)有煉化裝置進(jìn)行技術(shù)改造，持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，不斷提高能源利用效率。二是加快淘汰能耗較高的落后產(chǎn)能，對(duì)通過(guò)改造無(wú)法達(dá)到能耗標(biāo)準(zhǔn)的小煉油、小乙烯、小芳烴要下決心盡快淘汰。三是按照“宜油則油、宜烯則烯、宜芳則芳、宜材則材”的原則發(fā)展“油轉(zhuǎn)化”、“油轉(zhuǎn)特”，多產(chǎn)化工新材料、高檔潤(rùn)滑油、高等級(jí)瀝青和針狀焦等高端碳材料，減少石化產(chǎn)品全生命周期碳排放。四是基于“分子/組分煉油”理念，加快開發(fā)并推廣新型催化材料與催化劑和基于新型催化材料與催化劑的綠色低碳煉化新技術(shù)、短流程煉化產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)。五是開發(fā)各種“過(guò)程強(qiáng)化”的靈活應(yīng)用技術(shù)。

(2)主要支撐技術(shù)。推進(jìn)煉化產(chǎn)業(yè)節(jié)能減碳，要持續(xù)做好下列技術(shù)的創(chuàng)新開發(fā)和推廣應(yīng)用：煉化一體化新技術(shù)、短流程煉油與石化產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)、適應(yīng)市場(chǎng)需要的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、工藝過(guò)程和系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)、“過(guò)程強(qiáng)化”的靈活運(yùn)用技術(shù)、實(shí)現(xiàn)煉油與化工低碳化的重大改進(jìn)型及重大變革型的催化材料和催化劑，見圖4。

4.2 提高能源轉(zhuǎn)換效率，減少化石能源消耗

(1)實(shí)施路徑。一是推廣燃?xì)廨啓C(jī)、提高工業(yè)爐熱效率。開發(fā)推廣適用于煉化企業(yè)的高汽/電比燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用富氧燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒等工業(yè)爐能效提升技術(shù)，有效提高煉化企業(yè)化石能源轉(zhuǎn)換效率、降低碳排放。二是采用耦合工業(yè)燃料電池的化石能源轉(zhuǎn)化新路徑。易獲得天然氣的企業(yè)，在國(guó)內(nèi)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)沒(méi)有商業(yè)化前，可引進(jìn)MCFC、SOFC熱電聯(lián)供技術(shù)。天然氣供應(yīng)緊張的企業(yè)，可采用低瀝青收率的渣油溶劑脫瀝青-硬瀝青氣化-MCFC或SOFC熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，見圖5。三是采用耦合綠電的煉化產(chǎn)業(yè)再電氣化技術(shù)。再電氣化是降低化石能源消費(fèi)的重要手段。煉化產(chǎn)業(yè)可實(shí)現(xiàn)“電能替代”的設(shè)備主要包括：電驅(qū)動(dòng)替代汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)、電加熱爐替代燃料加熱爐、電伴熱替代蒸汽伴熱等。

(2)主要支撐技術(shù)。結(jié)合煉化企業(yè)用能結(jié)構(gòu)中燃料用量大的實(shí)際，要致力開發(fā)推廣應(yīng)用提高能源轉(zhuǎn)化效率的技術(shù)，如高汽/電比燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，工業(yè)爐富氧燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒技術(shù)，工業(yè)燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)技術(shù)[12]，見圖6。

青瓷一巴掌就揮了過(guò)去，造化弄人，這司機(jī)不是別人，就是十八歲那年將她肚子弄大，卻抵死不肯承認(rèn)的男人，何小勇。

4.3 發(fā)展多能耦合的低碳能源系統(tǒng)，減少用能碳排放

(1)實(shí)施路徑。一是深度消納風(fēng)光綠電。針對(duì)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性，不能滿足煉化企業(yè)必須具有連續(xù)穩(wěn)定的電力系統(tǒng)要求的問(wèn)題，開展綠電、儲(chǔ)能與煉化企業(yè)電力系統(tǒng)耦合的智能化調(diào)控技術(shù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，為煉化企業(yè)發(fā)展分布式可再生電力提供技術(shù)支持；開展大型電加熱工業(yè)爐和餾分油蒸汽裂解爐等燃料轉(zhuǎn)電關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)，積極推進(jìn)可再生能源與煉化企業(yè)能源系統(tǒng)耦合發(fā)展。二是積極探索與小型核堆的耦合集成。小型核堆有供電供熱在一定范圍靈活調(diào)整的特點(diǎn)，穩(wěn)定性可靠，契合煉化企業(yè)熱電系統(tǒng)的要求，通過(guò)開展小型核堆與煉化產(chǎn)業(yè)能源系統(tǒng)耦合的安全性與經(jīng)濟(jì)性研究，制定煉化企業(yè)用能與小型核電供能耦合的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)煉化企業(yè)與小型核電能源系統(tǒng)耦合項(xiàng)目的示范，為推廣應(yīng)用打好基礎(chǔ)。三是推進(jìn)能源系統(tǒng)智能化。充分應(yīng)用新一代數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)，推進(jìn)能源系統(tǒng)智能化建設(shè)，匹配能源多能互補(bǔ)智能調(diào)控，建成“開放、互聯(lián)、共享、智慧”的“企業(yè)能源耦合互聯(lián)網(wǎng)”，保障物質(zhì)流和能量流的安全有序流通、智能整合聚集、高效耦合利用。四是推進(jìn)多能耦合體應(yīng)用示范。在煉化企業(yè)能源供給系統(tǒng)中最大容量引入風(fēng)光電，在有條件的企業(yè)合理推進(jìn)綠電-綠氫耦合，促進(jìn)煉化產(chǎn)業(yè)能效提升和綠色低碳轉(zhuǎn)型。

(2)主要支撐技術(shù)。主要包括小型核堆與煉化企業(yè)用能系統(tǒng)耦合技術(shù)及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、電代燃料大型工業(yè)爐電氣化技術(shù)、風(fēng)光綠電與煉化企業(yè)耦合技術(shù)、多能耦合低碳能源系統(tǒng)智能調(diào)控技術(shù)等，見圖7。

圖4 煉化過(guò)程節(jié)能減碳的主要支撐技術(shù)Fig.4 Main supporting technologies of energy saving and carbon reduction in the refining process

圖5 瀝青氣化-MCFC或SOFC熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖Fig.5 Schematic diagram of asphalt gasification-MCFC or SOFC co-generation system

圖6 提高能源轉(zhuǎn)換效率的主要支撐技術(shù)Fig.6 Main supporting technologies of improving energy conversion efficiency

圖7 多能耦合低碳能源系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)Fig.7 Main supporting technologies of the multi-energy coupling low-carbon energy system

4.4 積極發(fā)展氫能，推進(jìn)氫能交通和綠氫煉化

(1)實(shí)施路徑。一是推進(jìn)氫能交通。利用綠氫的燃料電池汽車及其他交通運(yùn)輸工具實(shí)現(xiàn)了清潔零碳，氫能交通的發(fā)展受到廣泛重視。據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)計(jì)[13]，到2050年，氫能將承擔(dān)全球18%的能源終端需求，燃料電池汽車將占據(jù)全球車輛的20%～25%，屆時(shí)將在車用動(dòng)力能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占顯著比例；中國(guó)以發(fā)展氫能重卡為主要目標(biāo)，提出2030年燃料電池汽車要達(dá)到100萬(wàn)輛。據(jù)中國(guó)氫能協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)[14]，2030年要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3715×104t/a，其中綠氫希望占13%左右；2060年要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到1.3×108t/a，其中綠氫規(guī)模有望達(dá)到1×108t/a。當(dāng)前煉化產(chǎn)業(yè)作為氫能的主要生產(chǎn)企業(yè)，在滿足自身生產(chǎn)所需氫氣的同時(shí)，還需要滿足交通領(lǐng)域用氫需求，推動(dòng)交通領(lǐng)域減少碳排放。二是發(fā)展綠氫煉化。在風(fēng)光電供應(yīng)充足穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，煉化企業(yè)用綠電制氫替代原有的化合能源制氫[15-16]，有顯著減少碳排放的效果，用綠氫和二氧化碳合成負(fù)碳燃料、化學(xué)品和材料，將成為支持碳中和的有力措施。

(2)主要支撐技術(shù)。包括綠氫制備技術(shù)、固體儲(chǔ)氫技術(shù)、液體儲(chǔ)氫技術(shù)、液氫技術(shù)、管道輸氫技術(shù)、綠氫煉化技術(shù)、綠氫固碳生產(chǎn)負(fù)碳燃料和化工產(chǎn)品技術(shù)等，見圖8。

圖8 積極發(fā)展氫能、推進(jìn)氫能交通和綠氫煉化的 主要支撐技術(shù)Fig.8 Main supporting technologies of actively developing hydrogen energy，promoting hydrogen energy transportation and green hydrogen refining

4.5 發(fā)展生物制造，開發(fā)生物基運(yùn)輸燃料、化學(xué)品與材料

(1)實(shí)施路徑。一是開發(fā)并推廣生物基燃料技術(shù)。堅(jiān)持不與民爭(zhēng)糧，重點(diǎn)發(fā)展以農(nóng)林廢棄物為原料生產(chǎn)纖維素乙醇和生物噴氣燃料(又稱生物航空煤油)，以動(dòng)植物油脂為原料生產(chǎn)生物航空煤油和生物柴油，以廚余垃圾為原料生產(chǎn)生物燃?xì)狻６情_發(fā)并推廣生物基化學(xué)品。重點(diǎn)發(fā)展生物質(zhì)制乙烯、丙烯、PX、醋酸、丁二酸等可以用作合成生物基材料單體的化學(xué)品。三是開發(fā)與推廣生物基材料。重點(diǎn)發(fā)展生物基聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)等合成樹脂，黏膠纖維、醋酸纖維、莫代爾纖維等纖維素纖維，生物基稀土順丁橡膠、稀土異戊橡膠等合成橡膠。

(2)主要支撐技術(shù)。包括農(nóng)林廢棄物和廚余垃圾生產(chǎn)生物乙醇、生物航空煤油、生物柴油、生物燃?xì)獾壬锘剂虾陀米魃锘酆衔飭误w的化學(xué)品與生物基材料技術(shù)，見圖9。

圖9 生物制造、生物基運(yùn)輸燃料、化學(xué)品與材料的主要支撐技術(shù)Fig.9 Main supporting technologies for biomanufacturing，bio-based transport fuels，chemicals and materials

4.6 推進(jìn)廢棄合成材料回收利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)

(1)實(shí)施路徑。廢舊合成材料資源化利用，主要包括物理回收和化學(xué)回收2條路徑。物理回收利用通常是將廢棄高分子材料收集、清洗后直接加工或改性加工成產(chǎn)品，往往伴隨著材料性能的降低和應(yīng)用領(lǐng)域受限。化學(xué)回收利用途徑，是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將廢棄高分子材料轉(zhuǎn)化為油品或單體，廢棄高分子材料的回收利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)綠色降碳的重要措施。

(2)主要支撐技術(shù)。包括組成復(fù)雜的廢塑料熱解和催化裂解制油技術(shù)、聚酯等廢棄物化學(xué)降解生產(chǎn)單體技術(shù)；組成單一的廢棄熱塑性合成材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等再利用技術(shù)，見圖10。

圖10 推進(jìn)廢棄合成材料回收利用的主要支撐技術(shù)Fig.10 Main supporting technologies for promoting the recycling of waste synthetic materials

4.7 開展生物能源與碳捕集和儲(chǔ)存(CCUS/BECCS)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化利用

(1)實(shí)施路徑。一是推動(dòng)二氧化碳驅(qū)油或地質(zhì)封存。在二氧化碳排放源和驅(qū)油或封存可匹配的地區(qū)，靈活利用吸收、吸附、膜分離、低溫分餾等方式，對(duì)煉化產(chǎn)業(yè)不同排放源的二氧化碳進(jìn)行捕集后，將其管輸?shù)接吞镉糜隍?qū)油或注入合適地層進(jìn)行封存。二氧化碳封存要認(rèn)真進(jìn)行地下儲(chǔ)存的機(jī)理、儲(chǔ)層地質(zhì)條件、地表安全性研究，優(yōu)選大規(guī)模存儲(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造，進(jìn)行封存工程技術(shù)開發(fā)。二是推動(dòng)二氧化碳化工利用。利用二氧化碳可以生產(chǎn)無(wú)機(jī)產(chǎn)品、各類基礎(chǔ)有機(jī)化工產(chǎn)品、燃料和高分子材料。從最大量利用二氧化碳出發(fā)，利用的重點(diǎn)是可以大規(guī)模固碳的產(chǎn)品，如甲醇、乙醇、一氧化碳、生物微藻等。

(2)主要支撐技術(shù)。包括低能耗、低成本的二氧化碳捕集、封存技術(shù)，產(chǎn)品大宗化的二氧化碳加氫制甲醇、乙醇技術(shù)和二氧化碳制一氧化碳技術(shù)，見圖11。

圖11 二氧化碳捕集封存和利用的主要支撐技術(shù)Fig.11 Main supporting technologies of carbon capture，storage and utilization

5 對(duì)策建議

(1)根據(jù)中國(guó)煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，制定科學(xué)合理的降碳政策。一是煉化產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品噴氣燃料、石油焦、潤(rùn)滑油、高等級(jí)道路瀝青等和高端石化產(chǎn)品市場(chǎng)需求目前還在以較高速度增長(zhǎng)，未來(lái)發(fā)展速度會(huì)逐步趨緩，但在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)是增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。國(guó)家應(yīng)對(duì)煉化產(chǎn)業(yè)制定差異化的減碳政策，對(duì)符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策但碳排放會(huì)增加的項(xiàng)目，國(guó)務(wù)院及各省市要支持發(fā)展；對(duì)“油轉(zhuǎn)化”、“油轉(zhuǎn)特”項(xiàng)目，要允許合理增加化石能源使用和碳排放指標(biāo)。二是煉化生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)決定其能源系統(tǒng)必須連續(xù)、穩(wěn)定、可靠，間歇性、隨機(jī)性的可再生電力無(wú)法滿足其要求，只能適度接入。國(guó)家要支持煉化企業(yè)充分利用周邊環(huán)境發(fā)展風(fēng)電與光伏發(fā)電，鼓勵(lì)風(fēng)電、光伏發(fā)電適度直接進(jìn)入企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)，需要上網(wǎng)的，明確規(guī)定降低上網(wǎng)費(fèi)。

(2)制定支持政策，推進(jìn)現(xiàn)有煉化企業(yè)低碳化技術(shù)改造。一是提高原油加工深度、提高原油利用率的改造項(xiàng)目，符合國(guó)家能源安全的需求，但隨著加工深度的提高，能耗與碳排放必然會(huì)增加。國(guó)家應(yīng)明確規(guī)定對(duì)有利于減少原油進(jìn)口依存度、提高煉油加工深度的項(xiàng)目，可以合理增加能耗和碳排放指標(biāo)。二是對(duì)單位產(chǎn)品能耗和碳排放降低的項(xiàng)目，在能耗和碳排放總量不增加的前提下，允許增加產(chǎn)品生產(chǎn)能力。三是企業(yè)淘汰落后產(chǎn)能和實(shí)施技術(shù)改造后，減少的能耗和碳排放指標(biāo)，可以在企業(yè)內(nèi)部調(diào)劑使用。

(3)鼓勵(lì)煉油與化工行業(yè)開發(fā)利用農(nóng)林廢棄物和廢棄合成材料。煉化產(chǎn)業(yè)利用農(nóng)林廢棄物跨界發(fā)展生物制造，利國(guó)利民，對(duì)產(chǎn)業(yè)減碳和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)有利。但企業(yè)實(shí)施過(guò)程存在投入大、無(wú)效益的情況。國(guó)家應(yīng)制定政策給予鼓勵(lì)。一是生產(chǎn)的燃料核定數(shù)量后免征消費(fèi)稅和減征所得稅；二是生產(chǎn)的材料減征增值稅和免征所得稅。

(4)支持煉化企業(yè)能源系統(tǒng)與小型核堆耦合的工業(yè)示范。煉化企業(yè)能源系統(tǒng)與小型核堆供熱發(fā)電耦合具有十分顯著的減碳優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)性也可以和天然氣供熱發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。但目前中國(guó)只有建設(shè)大型壓水反應(yīng)堆的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，還沒(méi)有適用于小型核堆和石化用能系統(tǒng)耦合的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)小型核堆與煉化企業(yè)能源系統(tǒng)耦合在規(guī)劃、建設(shè)、監(jiān)管等方面存在很多約束。建議組織石化企業(yè)和核電企業(yè)，開展小型核堆與石化企業(yè)能源系統(tǒng)耦合的安全性和經(jīng)濟(jì)性研究，根據(jù)研究結(jié)果制定小型核堆與石化能源系統(tǒng)耦合的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，支持小型核堆與石化用能系統(tǒng)耦合的示范項(xiàng)目，積極探索建立煉化企業(yè)與小型核堆耦合的新型低碳能源系統(tǒng)。

(5)支持煉化行業(yè)引進(jìn)工業(yè)燃料電池等先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，加快提升化石能源轉(zhuǎn)化效率。SOFC、MCFC等技術(shù)可以做到電-熱聯(lián)供，同樣利用化石能源，能源轉(zhuǎn)化效率大幅度增高，在穩(wěn)定為煉化企業(yè)供能的同時(shí)可以做到低碳、高效、清潔，雖然國(guó)內(nèi)在工業(yè)燃料電池領(lǐng)域有所布局，但其實(shí)驗(yàn)裝置距離產(chǎn)業(yè)化仍有系列技術(shù)難題，建議出臺(tái)有關(guān)政策支持煉化產(chǎn)業(yè)引進(jìn)SOFC、MCFC等工業(yè)燃料電池等先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，開展工業(yè)燃料電池供電與供能的示范，同時(shí)促進(jìn)國(guó)內(nèi)工業(yè)燃料電池的開發(fā)和推廣應(yīng)用。