“雙碳”目標下基于多能融合的煉化高質量發展路徑研究

孫麗麗，吳群英

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

我國煉化工業經過70余年發展,已建成門類齊全、品種配套、技術先進、具有較強競爭力的現代產業體系,煉油、乙烯和三大合成材料能力均已居世界首位?！半p碳”目標下,我國煉化工業面臨油品需求增長乏力、中低端產能過剩、高端新材料和高端專用化學品自給率低等結構性矛盾[1-2],煉化工業與蓬勃發展的新能源融合一體化發展勢在必行。但現有技術的局限性難以系統高效解決煉化產業轉型發展過程帶來的能耗、碳排放增加等問題,迫切需要研發新技術、融合新能源推進煉化綠色低碳轉型[3-6]。近年來,我國新能源產業在開發應用規模、技術創新水平、全球市場占有率等方面取得了令人矚目的成就[7-10],為煉化工業多能融合奠定了重要基礎。在風能方面,我國已成為全球最大的風力發電市場,2022年我國新增風電裝機37.63 GW,年風電發電量762.4 TW·h時;在太陽能方面,我國太陽能發電裝機規模持續保持快速增長,2022年我國光伏發電量427.6 TW·h,新增裝機容量占國內總新增容量44%;在核能方面,我國積極有序發展核電并推進小型核堆建設示范,2022年我國核電發電量417.8 TW·h,核電累計總裝機容量55.53 GW;在生物質能方面,我國生物質能發電裝機容量累計達41.32 GW,已連續四年位居世界第一,生物質作為原料資源化利用模式也在不斷創新,正在加快生物基化學品和材料技術的開發及利用示范,未來使用生物質作為替代原料將逐步成為其主要利用方向[11-13]。本文面向“雙碳”戰略和高質量發展要求,系統性開展煉化多能融合發展的路徑研究,為我國煉化工業綠色低碳轉型、多領域產業融合和技術創新,以及協同推動新能源產業規?；l展提供參考。

1 煉化多能融合路徑的構建思路

煉化多能融合是通過風能、太陽能、核能、生物質能等新能源,以及煤、天然氣等化石能源在石油煉制與化工流程中的深度耦合利用,實現多種資源能源的協同高效利用,推動煉化工業綠色低碳高質量發展。目前,新能源與煉化工業融合主要面臨經濟效益較低、安全風險較大、關鍵技術支撐不足等挑戰。一方面由于風能、太陽能等新能源供給“隨機性、波動性、間歇性”與煉化工業需求“安全性、穩定性、連續性”之間的差異,以及我國新能源資源分布與煉化工業需求的空間匹配性低等因素,多能融合使煉化加工過程更加復雜,關聯界面廣,安全風險點多,融合利用成本高;另一方面我國煉化企業生產工藝流程和用能系統復雜并各有不同,現有技術及工程裝備等難以高效匹配多能融合新工藝的要求;另外,多能融合新技術應用場景也復雜多變,影響耦合效能發揮。因此,應因地制宜、因企施策,遵循能源屬性差異而分級梯級利用,加快新技術的開發應用,建立適宜的多能融合技術路線,實現“安全可靠、綠色低碳、經濟高效、產品高質”目標。

基于煉化生產特點和能源屬性特征,提出煉化多能融合路徑的構建思路,見圖1所示。具體而言,能源屬性融合是以“電、熱、氫”等能源載體形式深度融入煉化生產過程,通過構建新型動熱力系統和新型氫氣系統,有序漸進式推進化石能源替代進程,逐步提高新能源在煉化用能結構中的消耗比例,為煉化工業提供安全穩定、清潔低碳的動力和熱能。資源屬性融合是以“碳、氫、氧”等物質載體形式參與煉化生產過程,通過構建新型氫氣系統和新型生產工藝系統,高效支撐煉化流程再造,使化石能源充分回歸其資源屬性,生產更多高附加值的石化產品。上述3個系統協同發展、相互作用,通過能量和物質的相互傳遞,共同支撐多能融合的煉化工業高質量發展。

圖1 煉化多能融合發展路徑的構建思路

2 煉化多能融合高質量發展路徑研究

2.1 構建煉化新型動熱力系統

煉化新型動熱力系統是在統籌優化煉化企業內部副產燃料及能源高效利用的基礎上,充分融合利用外部低碳能源并結合低成本儲能技術,再造煉化內部動力系統和熱力系統,提高新能源消納比例,實現煉化用能結構的低碳化,提升整體能效水平,見圖2所示。

圖2 煉化新型動熱力系統的構建路徑

2.1.1供能柔性靈活多元化

要實現供能柔性靈活多元化的目標,就要突破長期依賴傳統化石能源的供能思路,構建以電、熱(冷)能、蒸汽等能源載體,增強供能系統耦合新能源等多種能源的柔性和靈活性,打造多能互補的低碳供能系統。

太陽能、風能等新能源發電具有隨機性、波動性、間歇性的特征,難以滿足煉化工業用電穩定、連續、可靠等要求。因此,提升煉化消納綠電比例,需要在供電側構建柔性電力系統,包括建立智能煉化供配電網調度系統和源網荷儲能源管控平臺,以及開發、應用低成本儲能技術等,提高煉化配電網電壓穿越能力,增強電力系統的“韌性”,并將電力供給與消耗在時間上進行靈活解耦與耦合,實現電力系統由“剛性”趨向“柔性”。

液化天然氣(LNG)冷能、生物質與煉化融合發展空間大,也是助力煉化企業節能降碳的重要路徑。在臨近LNG接收站的企業,可引入LNG冷源,與乙烯、乙二醇等化工裝置進行深度耦合,實現冷熱互供。LNG冷能還可以和一定規模的制冷設施提供的冷能相結合發電,用于冷能空分、電解水制氫以及耦合LNG冷能的氫液化等設施,進一步提高冷和熱利用效率取得最大的經濟效益和社會效益。生物質可作為煤炭的補充或替代,如燃煤鍋爐融合生物質燃料燃燒可有效減少污染物排放及碳排放。工業實踐表明,實施生物質燃料融合燃燒,摻燒生物質比例可達20%[14]。

為了保證多能融合過程中煉化用能穩定并提高能源利用效率,適當條件下可設置低成本規模化的電儲能、熱儲能等設施[15-16]。電儲能主要包括重力儲能、機械儲能、電磁儲能、電化學儲能和氫氣儲能等,其中電化學儲能是利用化學元素作儲能介質,已成為當前煉化工業儲能的主要形式。熔鹽儲能作為一種新型熱媒儲能,是多種儲熱方式中與煉化用能匹配度較高的一種技術,直接參與熱量交換,實現光熱等耦合和煉化內部間斷余熱回收,提高全廠動熱力系統的韌性。

2.1.2用能設備電氣化替代

為了提高綠電消耗比例,達到深度節能降碳目標,必須逐步推進煉化用能設備電氣化替代的進程,主要有用電逐步替代燃料和替代蒸汽兩種途徑。具體包括燃料加熱設備的電氣化替代、蒸汽驅動設備的電氣化替代、蒸汽加熱設備的電氣化替代,以及伴熱和維溫系統的電氣化替代等。

以某項目典型煉化裝置加熱爐為例,結合技術現狀與效益分析,漸進式電氣化替代可分為5個階段開展。第一階段是在不改變加熱爐功能結構前提下,以電加熱式空氣預熱器對助燃空氣進行加熱;第二階段是在不改變主要結構前提下,將對流段的低溫位介質進行電加熱,并以空氣回收富余煙氣能量;第三階段、第四階段就需要改變加熱爐系統,重構加熱形式和爐型,系統研究無相變介質加熱爐、有相變介質加熱爐進行電氣化替代技術;第五階段是對復雜反應的高溫工業爐(如乙烯裂解爐)進行電加熱替代,改變工業爐高溫輻射段結構,并重構加熱形式和爐型。研究結果表明,上述五個階段的加熱爐電氣化替代方案逐步實施后,可實現碳排放依次減少712,806,1 010,1 809,2 499 kt/a,其中第三階段、第四階段和第五階段適合于新建工業爐,當技術成熟時也可同步實施。

將電能轉換成熱能的方式,從加熱原理上可以分為電阻、微波、感應、電子束、電弧、紅外線等,各種電加熱方式具有較明顯的差異,適用范圍也各不相同。目前,適用于煉化工業加熱的電加熱形式主要是電阻加熱,尤其是電阻加熱中的輻射加熱;以爐管作為發熱元件的爐管直接加熱、微波加熱、感應加熱等在高溫、快速、高效場景下具有特殊優勢。第一階段方案的電加熱介質是空氣,采用翅片管式電阻加熱元件即可在大部分工業爐上應用,尤其適合在重整反應加熱爐、乙烯裂解爐等大型工業爐上實施,難點在于高效率、低壓降、高體積功率的電加熱預熱器設計。第二階段方案是直接加熱對流室工藝介質,可首選浸入式的直接接觸式電阻加熱元件,該方案對存量加熱爐的對流室和余熱回收系統改造量較大,適合作為一種過渡階段方案在對流室氣化率較低、有設置煙氣空氣余熱回收系統的工業爐上實施。第三階段可采用全爐電阻輻射工業爐、全爐電阻浸入式接觸工業爐、輻射和接觸式加熱相結合等方案。目前,兆瓦級別的小型無相變電加熱工業爐已有工業應用案例,需要進一步深入研究大規模電加熱的爐型方案和供電方案,研發高性能低成本功率調節材料、長壽命耐高溫電阻材料等。第四階段方案針對大部分有相變的場景,適宜采用全爐電阻輻射工業爐,但目前有相變電加熱工業爐暫無工程應用案例,該技術將是未來研究重點方向。第五階段可采用電磁感應加熱、特制管材微波加熱、特制管材短路加熱、新型電阻加熱元件高溫輻射加熱、真空輻射加熱等電加熱方案滿足高溫需求,不同加熱方式均有一些技術瓶頸,其中高可靠性耐高溫絕緣材料、長壽命耐高溫抗氧化發熱材料是技術突破的關鍵。

2.1.3能量集成和梯級利用

充分發揮煉化內部自產的燃料、蒸汽、低溫熱,通過能量集成優化、過程強化、能量深度回收及梯級升級利用等路徑,最大化滿足煉化用能需求。一是開展煉油化工動熱力系統的一體化規劃,推廣全廠熱(冷)能集成優化技術應用,如乙烯裝置與催化裂解裝置冷集成技術等。二是堅持工藝過程節能強化,提高節能裝備的應用比例。一方面通過短流程集約型新工藝應用,優化分離流程,降低反應分離過程能耗。另一方面通過推廣綠色低碳新一代樣板加熱爐技術、膜法富氧燃燒技術、新型節能襯里技術、新型高效換熱管技術等,對現役及新建煉化工業爐進行熱效率強化,從而節約燃料。三是加大燃料回收,對副產燃料(如煉廠干氣、燃料油、甲烷氫等)進行分類分級利用,提高能源資源利用價值;加快低成本下的低溫熱提質高效利用,推廣高溫熱泵耦合高溫供熱及制冷一體化技術,以及余熱鍋爐高壓化產汽及利用路線。

2.2 構建煉化新型氫氣系統

煉化新型氫氣系統是在工藝過程副產氫氣充分回收和梯級高效利用等基礎上,充分融合利用綠氫資源,減少化石能源制氫過程碳排放,提升綠氫煉化經濟效益,如圖3所示。在供氫端,通過綠電制氫智能控制技術應用,解決風光資源不穩定條件下的綠電制氫最優配置及可優化的操作調度方案等問題,實現新能源低成本制氫;同時結合多種儲氫方式,降低新能源波動性影響,增加供氫穩定性。在用氫端,采用節氫型新技術降低煉化生產過程氫耗,并結合耦合綠氧應用新工藝提升降碳效果和經濟性。

圖3 煉化新型氫氣系統的構建路徑

2.2.1低成本的綠氫制備

風能、太陽能的綠電制氫受地區資源稟賦、供給不穩定、投資等因素制約,綠氫成本一般為灰氫的2～3倍,因此降低制氫成本是綠氫大規模應用的關鍵。綠電制氫智能控制技術是實現風光等可再生能源高效低成本制氫的關鍵(見圖4),即根據“不確定”的風光資源的變化,通過控制外購電、電解槽、氫氣儲存等多個可控變量,尋求氫氣成本最低點,為優化項目配置、指導企業安全生產以及優化運行提供決策依據。

圖4 綠電制氫智能控制系統示意

2.2.2氫氣梯級高效利用

氫氣梯級高效利用主要包含兩個方面,一是對煉化企業富氫氣體中的氫氣進行回收利用。如對于裝置外排廢氫和干氣中氫氣,可通過變壓吸附和膜分離等工藝回收氫氣,達到提高氫氣利用率、節約全廠氫耗的目的。同時根據各氫氣用戶對氫氣純度要求不同來設置氫氣管網,梯級利用氫氣資源,降低生產成本,如為加氫裂化裝置供應高純度氫氣有利于提高氫分壓,而對氫氣純度要求較低的硫磺回收、石腦油預加氫、歧化等裝置可供應重整氫氣,聚烯烴裝置可采用混合氫等。二是開發應用節氫型工藝[17],減少氫氣消耗。節氫型工藝可以依靠催化劑進步或工藝優化,提升傳統加氫工藝的氫氣利用效率,減少氫氣消耗;也可以開發變革性替代工藝,大幅度降低氫耗或不消耗氫氣。

2.2.3綠氧耦合利用

綠氫要實現規?；I應用必須降低生產應用成本,而在電解水中制氫工藝中占80%的副產綠氧與煉化耦合利用也是提高綠氫經濟性的重要途徑。

綠氧與煉化耦合利用路徑可包括兩個重要方向。方向一為綠氧不加壓不純化利用,如用于催化裂化/MTO富氧再生利用、催化裂化/MTO煙氣循環再生、硫磺回收、燃煤鍋爐富氧燃燒、加熱爐富氧燃燒等。方向二為綠氧加壓及純化利用,如用于煤氣化爐綠氧燃燒、EO/EG原料、醋酸乙烯原料、PO/MTBE原料等。以綠氧耦合MTO燒焦過程為例,在綠氧不加壓不純化和某企業現有S-MTO裝置(2×1.80 Mt/a)不作大改動前提下,實施綠氧富氧再生后,S-MTO裝置加工能力提升6.3百分點,可增產聚合級乙烯43 kt/a,聚合級丙烯55 kt/a。

2.3 構建煉化新型生產工藝系統

煉化新型生產工藝系統是基于綠氫綠電、生物質等綠色能源的耦合利用,通過工藝集成、原料多元和低值資源高價值化等技術路徑,再造現有煉化生產工藝流程,實現短流程、低能耗、低碳排生產目標產品并增產高價值產品,提升化石能源資源利用價值和新能源高效消納水平,如圖5所示。

圖5 煉化新型生產工藝系統的構建路徑

2.3.1工藝集成

構建煉化新型生產工藝系統,一方面實現不同類型資源的高效轉化利用,另一方面在滿足優質車用燃料生產的同時,將剩余油品資源更高效轉化為低碳烯烴和芳烴,為化工材料和多功能新材料等提供優質原料。具體路徑包括:一是根據資源組分特征采用新型生產工藝技術[18-22],如原油直接裂解技術、渣油漿態床加氫裂化技術、重油高效催化裂解技術、劣質柴油轉化制芳烴技術及生產碳材料技術、石腦油/柴油吸附分離技術、輕烴一體化回收技術、合成氣一步法利用技術等。二是根據工藝技術特征采用新型煉化耦合新工藝[23],如原油蒸汽裂解耦合催化裂解新工藝、重油催化裂解-蒸汽裂解分離耦合新工藝等。

裂解耦合新工藝具有流程短、低碳烯烴收率高等優勢。中國石化工程建設有限公司基于蒸汽裂解和催化裂解的分離流程和裂解產物特征的相似性,創新開發“多頭一尾”的一體化分離新工藝流程[24],以1.20 Mt/a蒸汽裂解和3.20 Mt/a催化裂解為例,一體化分離新工藝的乙烯回收率可提高1百分點,能耗降低約5%,并節省百余臺設備和投資。一步法制烯烴技術是合成氣短流程一步法生產低碳烯烴的技術路線,中國石化基于合成氣制甲醇和甲醇制烯烴的耦合反應體系,采用新型雙功能耦合催化劑體系,開發合成氣直接制烯烴技術(STO)并在中國石化揚子石油化工有限公司進行中型試驗[25],結果表明,C2～C4烯烴選擇性超過 80%,烯烷比大于15。與傳統合成氣制甲醇制烯烴技術相比,STO工藝具有流程短、能耗低、合成氣轉化率高和低碳系統選擇性高等特點。

2.3.2原料多元

原料多元是基于關鍵技術的開發應用,將煤炭、天然氣、生物質等資源與煉化工藝流程高效融合,豐富拓展生產(增產)油品、化工品和化工材料等路徑,提升產品競爭力,緩解我國原油進口依存度過高難題,支撐保障我國能源供應安全。

在化石資源的融合利用方面,主要技術包括:油煤共煉增產油品技術、油醇共煉生產芳烴和烯烴技術、天然氣一步法制烯烴技術等。油煤共煉是在煤直接液化技術基礎上開發出的一種新工藝技術,主要利用重質油對煤液化起溶劑和供氫作用,以及煤和其中的礦物質能促進重質油裂解并減少結焦等特點,實現油煤在臨氫條件下發生協同反應,從而提高煤液化過程的油收率和重油轉化率。油醇共煉是基于石腦油裂解技術和甲醇制烯烴技術的反應特征,利用兩種技術的反應熱量互補,實現同一反應體系下石腦油甲醇的反應耦合和反應自熱平衡,達到高效協同轉化為芳烴和低碳烯烴產品目標,從而拓展了石油加工過程的石腦油資源和煤化工過程的甲醇資源轉化利用的新途徑,促進油煤化一體化深度融合發展。天然氣直接制烯烴/芳烴技術是通過一步轉化反應由甲烷直接制取烯烴和芳烴的過程,其中甲烷氧化偶聯制乙烯技術已發展到商業示范階段,甲烷無氧轉化制烯烴和芳烴技術尚處于實驗室研究階段。

在生物質資源融合利用方面,主要發展方向包括生物質制生物基燃料、生物基化學品、生物基材料等。目前,我國生物基燃料主要為生物乙醇,2022年各類原料的生物燃料乙醇產能達到6.24 Mt/a,生物噴氣燃料和生物柴油技術也加快發展應用。現有生物質燃料生產技術仍面臨工藝流程較長、物耗大、能耗和成本較高等問題,需加快新一代技術開發和產業示范。如針對生物噴氣燃料,可加強生物質水熱裂解加氫或生物乙醇化學合成生產生物噴氣燃料技術開發及產業示范,以及提升動植物油脂及餐飲廢油為原料臨氫脫羧和異構化生產生物噴氣燃料技術,提高生物噴氣燃料收率。生物基化學品和生物基材料作為與煉化融合發展的重要方向,也在加快推進技術開發和應用示范。2023年我國工業和信息化部等六部委發布《加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案》,提出要打造基于非糧生物質的生物基材料體系,形成對現有化石基材料的有效補充,鼓勵發展乳酸、丁二酸、己二酸、乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、碳酸二甲酯、生物基烯烴等含碳化學品,以及聚乳酸、聚丁烯丁二醇酯、聚對苯二甲酸己二酸(丁二酸)丁二酯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、生物基彈性體等含碳聚合物。

2.3.3低值資源高質化

低值資源高質化是將煉化生產過程副產的劣質低價值資源和廢棄資源等,進一步提質轉化或回收利用,提升資源價值并減少污染物排放。具體而言,主要包括催化裂化油漿、乙烯焦油、催化裂化柴油、瀝青等劣質高碳資源的高質化利用,以及CO2等廢棄物的回收利用。

針對劣質高碳資源,應充分結合原料結構特征,用于生產針狀焦、包覆瀝青等高價值石油基碳材料。中國石油化工集團有限公司已成功開發催化裂化油漿生產優質針狀焦技術,并在中國石化茂名分公司100 kt/a高端碳材料聯合裝置成功產出合格針狀焦(生焦)產品;該技術主要采用“減壓蒸餾-加氫精制-延遲焦化”組合工藝技術路線,將高硫、高灰分、高瀝青質含量的催化裂化油漿高效、綠色地轉化為高附加值的電極負極原材料和清潔油品,生產的針狀焦能滿足高等級石墨電極的原料要求。乙烯焦油具有“富芳低雜”的組成優勢,可采用高溫聚合、空氣氧化交聯相結合工藝制備高性能鋰電負極用包覆瀝青,實現乙烯焦油資源的高價值利用。在催化裂化柴油利用方面,除通過加氫技術輕質化轉化外,還可以采用可控縮聚工藝生產優質針狀焦原料,以及用于生產電容儲能及吸附載體材料。

針對煉化生產過程排放的CO2,資源化利用的主要技術包括甲烷-CO2干重整、CO2催化制甲醇、CO2電催化制合成氣、CO2制電池級化學品和可降解材料等。目前,甲烷-CO2重整技術已經實現了小規模工業化,催化劑的開發也有很大進展。CO2加氫制甲醇、CO2電催化制合成氣均已進行工業試驗,近期有望得到更大規模應用。此外,CO2可與EO/EG裝置自產環氧乙烷等反應,生產高質化產品,如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)等。電池級EC、DMC是電動汽車電池電解液之一,工業級DMC也是生產聚碳酸酯(PC)的重要原料,該產業鏈條可實現將CO2變廢為寶,促使EO生產鏈進一步延長到高新材料和電池電解液,實現產品結構多樣化、工藝過程綠色化和產業向中高端化延伸。

3 案例研究

某煉化企業現有原油加工能力10 Mt/a,乙烯生產規模0.8 Mt/a。煉油部分重油采用“延遲焦化-蠟油加氫-催化裂化”技術路線,產品主要有汽煤柴成品油、潤滑油基礎油和乙烯原料等,其中成品油收率為55.8%。該企業由于重油加工能力不足,部分減壓渣油只能作為低價值普通瀝青外賣或生產高硫石油焦,產品結構難以根據市場需求靈活調整;與此同時,企業面臨環境容量不足、碳排放約束大等嚴峻挑戰?；谏鲜鰡栴},結合不同類型能源資源的供應,選擇適宜的多能融合技術路線開展煉油轉型方案研究。

3.1 多能融合技術路線的應用分析

3.1.1新型生產工藝系統采用漸進式油轉化、油轉特技術路線

煉油轉型方案構建了以“渣油加氫+催化裂解”集成新工藝為核心的新型生產工藝系統,實現增產低碳烯烴和高端碳材料,以及適量減少油品等目標,煉油轉型流程見圖6。與現狀相比,在乙烯產量保持不變前提下,轉型方案的丙烯收率增加

圖6 煉油轉型方案新型工藝系統流程示意

3.5百分點,低硫焦碳材料新增265 kt/a,全廠實現無普通瀝青和高硫焦產品;全廠汽煤柴油品產量下降1.5百分點,柴汽比從0.85降至0.75,油品結構進一步優化。

3.1.2新型氫氣系統采用綠氫替代灰氫和節氫型新工藝

煉油轉型方案的新型氫氣系統在供氫側采用綠氫全部替代現有天然氣制氫裝置生產的灰氫,綠氫需求總量49.5 kt/a,占氫氣總需求量的36.7%。在用氫側針對新建的渣油加氫裝置采用節氫型新工藝,即采用低氫/油的上行式保護反應器與可切換的下行式固定床反應器組合工藝,并通過優化新氫與循環氫的流程設置,可實現裝置節能與大型化。另外,通過現有高壓加氫裂化裝置改為高壓加氫精制,以及停用低壓蠟油加氫精制裝置和回收干氣中的氫氣資源等措施,全廠用氫總量與現狀相比僅增加8.6 kt/a,如表1所示。

表1 氫氣平衡狀況

3.1.3新型動熱力系統采用綠電替代及局部再電氣化等措施

煉油轉型方案構建了融合一定比例綠電的新型動熱力系統,優化用能結構,降低動力用蒸汽和加熱爐燃料用量。如對表2中煉油廠區部分透平壓縮機進行電氣化改造,可減少動力中心供應3.5 MPa蒸汽115.33 t/h,增加綠電用量12.49 MW,減少碳排放127.7 kt/a。對表3中煉油區部分加熱爐進行電氣化改造,可減少燃料3.59 t/h,增加綠電用量42.525 MW,減少碳排放94.8 kt/a。

表2 煉油區部分設備電氣化改造

表3 煉油區部分加熱爐電氣化改造

3.2 碳排放和效益評估

在碳排放方面,煉油轉型方案通過構建新型生產工藝系統、新型氫氣系統和新型動熱力系統,可實現煉油轉型后碳排放量低于企業現狀碳排放。在天然氣制氫情景下,采用“渣油加氫+催化裂解”集成新工藝實施“油轉化”、“油轉特”后,煉油碳排放總量將由現狀的2.362 6 Mt/a增加至3.257 3 Mt/a,這主要是由于新建催化裂解裝置的生焦量較大。在此基礎上,如耦合綠氫替代天然氣制氫,煉油碳排放總量下降至2.941 7 Mt/a,單位原油碳排放強度從0.326下降至0.294。如進一步考慮綠電替代和局部電氣化改造,煉油碳排放總量下降至2.098 6 Mt/a,單位原油碳排放強度下降至0.210。

在煉油轉型效益方面,圍繞新型生產工藝系統的產品結構轉型、新型氫氣系統的綠氫替代開展應用評估。基于綠氫價格20元/kg,碳稅117元/t測算,其結果表明:當綠氫替代天然氣制氫后,煉油轉型方案效益下降較為明顯,當綠氫價格由20元/kg降至11.58元/kg時,或者碳稅增值200元/t時,綠氫替代后的煉油轉型方案內部收益率可以達到10%以上。

綠氫替代的降碳效果顯著,但由于當前綠氫成本較高,對企業經濟效益有較大影響。未來還需要加快低成本綠氫技術的開發與應用,持續降低企業用綠氫的成本。同時,在國家政策上爭取更大的碳稅政策支持,以高效推動煉化企業加快綠色低碳轉型。

4 結束語

“雙碳”目標下,多能融合發展不僅是煉化工業綠色低碳發展的迫切需求,也是高效消納新能源和推進我國能源轉型的重要舉措。煉化工業一方面通過融合利用風能、太陽能、生物質能、核能、LNG冷能等清潔低碳能源,提升新能源應用比例,推動用能結構的低碳化轉型;另一方面通過融合利用傳統化石原料、生物質等新能源原料,再造煉化生產工藝流程,實現以更豐富的原料、更少的化石能源消耗、更低的污染物排放生產更多的清潔油品、特種油品、高端化學品、化工新材料等高附加值產品,高效推動煉化產品結構轉型。能源屬性融合和資源屬性融合是煉化工業多能融合發展的兩種模式路徑,通過構建相互關聯的新型動熱力系統、新型氫氣系統和新型生產工藝系統,實現高效支撐煉化工業高質量發展。與此同時,煉化多能融合發展是一項復雜的系統工程,應充分考慮外部能源供應特征與企業內部自身發展目標,因地制宜、因企施策,建立適宜的多能融合技術路線,加快多能融合技術的創新開發、技術升級和成果示范,協同實現煉化多能融合“安全可靠、綠色低碳、經濟高效、產品高質”等目標。