“十四五”炼化行业碳减排路径

文章来源:中国石油石化柯晓明 乞孟迪2021-07-05 11:54

导读:“十四五”期间,中国炼化行业面临的主要挑战是在碳排放达峰、碳中和的“双碳”目标下,石油需求渐进峰值,产品结构变化显著,化工原料需求增长快于成品油,而炼化行业产能投资建设热情不减。今后,为适应“双循环”发展格局的要求,炼化行业将加快供给侧结构调整,深化区域价值链融合,利润变化将促进“油转化工”的变革。技术创新尤其是能源结构调整、系统优化、“绿氢”和“绿电”化学等,将成为炼化行业实现“双碳”目标的关键。
 
“十四五”期间,中国炼化行业面临的主要挑战是在碳排放达峰、碳中和的“双碳”目标下,石油需求渐进峰值,产品结构变化显著,化工原料需求增长快于成品油,而炼化行业产能投资建设热情不减。
 
今后,为适应“双循环”发展格局的要求,炼化行业将加快供给侧结构调整,深化区域价值链融合,利润变化将促进“油转化工”的变革。技术创新尤其是能源结构调整、系统优化、“绿氢”和“绿电”化学等,将成为炼化行业实现“双碳”目标的关键。
 
市场环境面临新挑战
 
近年来,中国炼油化工行业在规模实力、结构调整、质量升级、体制改革等方面取得了长足的进步。但与高质量发展的要求相比,我国在实现“石化强国”的路上,炼化行业还存在着许多问题,需要在发展过程中解决。例如,产能过剩的问题、原油对外依存度过高的问题、高端产品自给率偏低的问题、安全环保的问题等。
 
“双碳”目标倒逼石油消费提前达峰。实现“双碳”目标,重点在于能源结构的快速调整和节能降耗的力度加大。石油作为一个主要的化石能源品种,未来消费增长势必受到限制。2013年,中国石化集团经济技术研究院在“中国石油消费峰值研究”中推断,中国的石油需求将在2027年前后达峰。如果全社会加大调整力度,估计达峰时间还会提前。
 
石油产品消费结构会发生变化。石油产品消费结构发生变化,主要体现在不同产品需求达峰的时间点并不相同。其中,柴油消费已经进入平台期,并有缓步下降趋势,主要是因为中国进入工业化后期,钢铁、煤炭、水泥等大宗商品需求达峰,与之相关的公路运输量下降。预计,汽油消费很快会出现同样情况,虽然汽油车保有量仍然在增长,但“十四五”期间新能源汽车的替代在加快。
 
炼化投资热点仍然在中国加剧市场竞争的压力。从目前公开的企业规划资料看,“十四五”期间仍然是炼油和化工产能建设的投资高峰期。到2025年,中国炼油加工规模将接近10亿吨/年,乙烯装置产能将超过6300万吨/年,均跃居全球第一。从区域市场来看,成品油传统过剩地区辽宁省和山东省,由于加大结构调整,资源富余压力略有缓解;浙江省和广东省将出现大量过剩,2025年沿海地区成品油出口量将达6500万吨以上。
 
技术突破是关键
 
炼化行业加工过程的二氧化碳排放占全国总量的5%左右,受到社会极大关注,主要原因是中国石油对外依存度高,下游交通领域排放量大,废旧塑料(8305, 75.00, 0.91%)污染严重。要实现“双碳”目标,炼化行业必须提高对碳减排的认识,加强节能降耗和能源结构快速调整,积极推进技术创新。
 
除此之外,要实现炼化行业的“双碳”目标,政策引导非常重要。政府既要引导企业生产满足国内需求,也要限制和淘汰落后产能;将能耗和环保评价标准与税费征收相结合,通过市场化手段倒逼低效产能退出市场,推动新旧动能转换;对于不同区域,采取碳排放指标定量控制,倒逼企业利用园区特点进行统筹,调整产业和产品结构,开启低碳发展的新模式。
 
要实现“双碳”目标,炼化行业的节能降耗和能源结构快速调整同样重要,特别是2030年前。在所有路径措施中,技术创新显得尤为重要。与“十三五”相比,我国“十四五”炼化行业技术创新的内容和方向将发生较大变化,即由规模化、清洁化技术转向“油转化工”与节能减排技术,具体包括如下技术。
 
能源系统的优化技术。包括总体用能改进(物流优化+能源结构优化)、工艺装置优化、装置间热集成、低温热综合利用和公用工程系统优化5个相互关联过程的实施,为炼化企业节能减排奠定基础。
 
低碳燃料和原料的替代技术。一是稳妥推进行业“煤改气”“煤改电”,减少工业用电中煤电的比重,控制化石能源的消费量,降低碳排放强度;二是制氢路线清洁化的技术,目前炼化行业制氢主要是以煤炭等化石能源为主的“灰氢”技术,今后要开发以化石能源制氢+二氧化碳捕集与封存(CCS)脱碳的“蓝氢”技术,以及非化石能源发电制“绿氢”的技术,逐步提高自发“绿电”比例。
 
高选择性、低能耗的加工技术。炼化催化剂改进和工艺优化,是降低装置能耗的重要途径。例如,应用原油直接制烯烃技术,“三烯”(乙烯、丙烯、丁二烯)收率可达37%~44%,节省了炼油中间步骤,既实现“油转化工”,也降低了过程能耗;丙烷脱氢技术能耗较高,但是利用丙烷催化氧化脱氢技术,开发非铂贵金属高效催化剂,选择性高,可达到低排放的目的。
 
生物燃料生产技术。本质上是一种二氧化碳循环利用技术,由于减少石油的使用,从而达到碳减排的目的。发展以非粮作物为原料的醇类燃料生产技术,逐步解决原料加工、定向转化和生产成本等问题。扩大生物柴油装置的原料来源,开发先进的低成本、短流程、高收率生产工艺。生物航空煤油生产技术的原料来源于不同类型的动植物油脂,优选具有高脱金属能力和容金属能力的催化剂,通过加氢转化可获得航空煤油等燃料。
 
塑料绿色循环利用技术。提高一次性塑料机械回收和单体回收的比例,通过热解技术增加回用料塑料,减少原生料的消耗,即可减少化工原料的需求,从而降低碳排放。利用二氧化碳生产可降解塑料也是一种碳循环利用的技术,部分降低原生料的需求。例如,通过植物的光合作用,将二氧化碳和水转化为乳酸,再通过直接或间接缩聚生产聚乳酸(PLA)可降解塑料。
 
“绿电”的化学反应技术。例如,电加热蒸汽裂解技术,碳氢化合物分解成烯烃和芳烃需要消耗大量的能量,相关反应需要在850℃时才会发生。目前,业内主要是通过燃烧化石燃料来完成升温,通过电力驱动加热过程可切实减少二氧化碳排放。使用可再生电力时,这项具有颠覆性的技术有望实现高达90%的减排比例。
 
二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术。捕集石油化工生产过程中排放的二氧化碳,依托上游油气田进行封存,助力炼化行业实现净零碳排放。开发化学法二氧化碳资源化利用技术,通过二氧化碳催化转化等技术路线合成化学品或燃料;开发生物法二氧化碳资源化利用技术,通过生物发酵技术生产生物燃料或化学品。

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