技术创新促进石化行业 绿色低碳高质量发展

技术创新促进石化行业 绿色低碳高质量发展

新闻背景

　　“十三五”以来，我国石化化工行业转型升级成效显著，经济运行质量和效益稳步提升，石化化工大国地位进一步巩固。但行业创新能力不足、结构性矛盾突出、产业布局不尽合理、绿色安全发展水平有待提高问题依然存在。“十四五”是推动行业高质量发展的关键时期，行业结构调整、转型升级将进一步加快。

　　2022年4月7日工业和信息化部、发展改革委、科技部、生态环境部、应急部、能源局联合发布《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》（以下简称《意见》）。

　　《意见》提出了“十四五”期间高质量发展的主要目标：到2025年，石化化工行业基本形成自主创新能力强、结构布局合理、绿色安全低碳的高质量发展格局，高端产品保障能力大幅提高，核心竞争能力明显增强，高水平自立自强迈出坚实步伐。

　　《意见》提出六大重点任务：一是提升创新发展水平，完善创新机制、攻克核心技术；二是推动产业结构调整，强化分类施策、鼓励先进使用技术改造；三是优化产业布局，推进新建项目向资源优势基地集中，引导项目进区入园；四是推进产业数字化转型，加快新技术与石化化工行业融合；五是加快绿色低碳发展，有序推动石化化工重点领域降碳；六是夯实安全发展基础。

　　石化化工行业具有产业链条长、产品种类多、关联覆盖广等特点，关乎产业链供应链安全稳定、绿色低碳发展、民生福祉改善等方方面面。石化化工行业的绿色低碳高质量发展是国际国内大势所趋，“十四五”是绿色低碳转型的重要阶段，全面、科学、合理地采用技术从源头减碳、过程降碳、末端控碳分别促进石化行业绿色低碳高质量发展至关重要。

石油化工行业绿色低碳技术现状与趋势

　　石油化工是化工产业链上游基础，为国民经济的运行提供能源和基础原料；以石油天然气为源头的石油化工行业产生的6万余种化学品，可延伸应用到生活中的各个方面。未来石油化工将以存量竞争为主。

　　石油化工主要产品为汽柴油和“三苯三烯”。从排放总量的角度看，石油和化工行业对于全国碳排放总量的贡献较小，但单位能耗和单位碳排放强度较大。目前国家重点关注碳排放领域为原油加工生产过程与烯烃生产过程，如何有效降低两者碳排放强度是绿色低碳发展的关键。

　　1. 与国际碳排放强度存在一定差距 

　　国际原油加工企业采用的工艺、碳排放数据统计口径不一。据了解2021年国际多数炼油企业原油加工碳排放强度在0.10~0.25tCO2/t之间。各国采用的乙烯生产工艺不同，国际乙烯行业主流蒸汽裂解石脑油生产工艺的碳排放强度为1.36tCO2/t，电炉生产工艺的碳排放强度为0.78tCO2/t，乙烷裂解生产工艺的碳排放强度为0.90tCO2/t。

　　我国原油加工企业碳排放强度约为0.1~1.0tCO2/t、乙烯产品碳排放强度约为1.0~2.0tCO2/t。虽然可能存在工艺、统计边界的差别，但平均水平与国际相比，原油加工碳排放强度存在约75%的差距，乙烯碳排放强度存在30%~60%的差距。

　　如何尽可能缩小与国家原油加工与乙烯生产的碳排放强度差距，提高未来产品低碳竞争力，是石油化工存量项目需要探索的方向。我国从2015年开始陆续发布多项行业清洁生产评价指标体系，双碳目标提出后，清洁生产指标体系纷纷增加温室气体控制指标，督促各子行业从源头减碳、过程控碳、末端降碳三方面开展工作。未来我国从能耗双控转向碳排放双控也将重点关注碳排放强度指标与国际的差距。

　　2. 炼化一体化生产模式已成为炼油企业发展趋势

　　由于原油加工市场逐渐饱和，炼油企业未来应大力发展炼化一体化生产模式，提高原油制化学品收率。对现有装置则应大力发展绿色工艺技术，加快应用节能设备，提高装置能效，减少排放。我国原油加工行业目前面临着下游成品油消费规模趋于稳定、国际低碳转型逐渐限制成品油消费等问题。可以预见，未来原油加工制成品油的规模会趋于平稳。基于此趋势，炼油企业也应顺应潮流，在现有基础上加大绿色工艺技术等四个方面的投入，逐步过渡到以炼化一体化、原油制化学品为主的新赛道。原油加工生产节能减排技术见表1。

　　3. 原油直接制烯烃技术将成为主流

　　国内外乙烯产能以石油基乙烯生产为主，近年我国煤基烯烃产能占比逐年提高。截至2021年，我国石油基乙烯产能占比约为74%，煤制/甲醇制烯烃占比约21%，其他工艺制烯烃占比约5%。目前石油基乙烯的生产工艺以管式炉蒸汽裂解制乙烯为主；煤基烯烃生产中各种路线并存，目前比较突出的是甲醇制烯烃（MTO）。乙烯原料及对应生产工艺技术路线汇总见表2。

　　由于国际成品油市场目前已经接近饱和，预计到2030年需求仅会增长0.6%，因此原油制化学品（COTC）技术正在逐渐成为炼油厂转型的重要方向，原油直接制烯烃技术未来会成为制取烯烃的主流技术。原油直接制烯烃技术相比传统技术，省略了石脑油裂解环节，生产流程短，收率高，降低了能耗与碳排放，国内外均在加快研发。该领域目前埃克森美孚的技术全球领先，沙特阿美与中石化近年均有突破。该技术具有产品总收率高，单位产品耗能较低的特点。

　　具备原油直接制化学品能力的三家企业中，目前最为成熟的是埃克森美孚的技术。该技术与沙特阿美拥有的技术比石脑油直接裂解制烯烃的成本降低150~200美元/吨，化学品收率均在70%~80%，高于传统技术10%以上。

　　4. 传统烯烃生产仍存在节能降碳空间

　　在进行原油直接制烯烃的技术路径转型前，传统乙烯生产工艺中也存在一些可以帮助企业逐渐完成低碳转型的节能减排技术，助力企业向下一代烯烃制取技术过渡。其中原料与燃料替代技术与蒸汽裂解环节中导致能耗损耗较大的焦炭生成抑制技术是现阶段的主要发力点。传统乙烯生产环节节能减排技术见表4。

　　在原料与燃料的使用方面，原料或燃料的低碳替代是重要的减排手段。其中生物质对化石燃料进行直接替代有望对烯烃生产起到节能减碳的过渡性应用。该领域部分技术已经成熟，其他燃料替代技术减碳潜力有待挖掘。

　　抑制焦炭生成可以有效降低乙烯裂解环节中的碳排放与能耗，该领域技术主要包括增强传热、表面涂层和提高燃烧炉热效率三个方面。

　　增强传热技术中提高传热效率与增加换热面积的技术应用相对较多且成熟，突破较少。目前该领域通过提高换热系数来实现节能减排的技术更新相对较快。

　　表面涂层技术通常使用高性能合金和金属表面涂层，以减少在炉管上形成焦炭。该技术随着材料技术的发展而持续迭代，对抑制结焦、提高蒸汽裂解效率有着积极作用。

　　提高燃烧热效率是通过改善炉膛热效率，降低燃气消耗，从而减少炉膛部分的排放与能耗。该领域技术目前应用比较成熟，新突破的节能技改技术相对较少。

　　乙烯生产工艺中除原料与燃料替代和抑制焦炭生成等比较有效的节能减排技术外，还有双烯产物分离技术与末端CCUS技术可以为乙烯生产提供节能技改的空间。

　　5. 末端控碳的普适性选择——CCUS

　　碳捕获、利用与封存（CCUS）技术是碳捕获与封存（CCS）技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的CO2进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。

　　2021年全球CO2排放量约为363亿吨，中美印三国排放量占比超过50%，然而仅有约2.3亿吨CO2被捕集与利用，CO2捕集与利用市场潜力巨大。

　　截至2021年，我国已投运或建设中的CCUS项目约40个，捕集能力300万吨/年；目前运营中捕集能力最大的为中石油吉林油田项目，捕集规模达60万吨/年。

　　CO2下游利用是石化行业区别于其他重点排放行业的特色，双碳目标将促进石化行业在这一领域发挥重要作用。

　　图1为CO2的下游利用途径示意图。

　　6. 节能降碳技术应用趋势

　　从双碳管控考虑，石油化工行业应尽快开展节能降碳技术研究。

　　原油加工装置短期可考虑优化装置设计和工艺流程、开发应用能源管理系统、运营管理智能化、布局绿氢替代；长期趋势为炼化一体化。

　　烯烃生产装置短期可考虑原料与燃料替代技术，以及蒸汽裂解环节中导致能耗损耗较大的焦炭生成抑制技术；长期方向为双烯分离优化与原油加工统筹考虑，实现原油制烯烃技术引进或突破。

总结

综上所述，石油和化工行业尽管占我国碳排放总量的比重有限，但是行业中单位产品能耗强度和单位产品碳排放强度较大。因此，未来如何降低烯烃等石油基化学品生产的碳排放强度，是石化行业实现绿色低碳发展转型的关键。目前，高集中度、低能耗的炼化一体化生产模式已经成为炼油企业的发展趋势，而碳排放强度更低的原油直接制化学品的技术也在快速发展。未来石化行业的绿色高质量发展将借助炼化一体化、原油直接制化学品等技术，辅以传统节能减排技改与CCUS技术，实现石化行业走向碳达峰与碳中和的宏伟目标。

                                        转自《中国化工信息》

作者：■ 中国化工信息中心 张华 朱景熹