（原標(biāo)題為《碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下煉油行業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展路徑》，作者為單位為中國(guó)石油石油化工研究院)
世界煉油行業(yè)正面臨能源轉(zhuǎn)型帶來(lái)的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，新冠肺炎疫情的全球肆虐更是加快了這一趨勢(shì)，碳達(dá)峰碳中和約束、電能替代加速發(fā)展，使得低碳可持續(xù)轉(zhuǎn)型成為煉油行業(yè)生存發(fā)展的必然選擇。
從中長(zhǎng)期來(lái)看，四大趨勢(shì)將共同塑造未來(lái)煉油行業(yè)的發(fā)展路徑。
趨勢(shì)之一：
煉油加工原料向低碳化和多元化轉(zhuǎn)變
原油是煉廠(chǎng)加工最主要的原料，但碳達(dá)峰和碳中和要求將使石油等高碳原料的加工量和占比加速下降。當(dāng)前全球能源需求中，石油占32%，可再生能源占14%。據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2030年，石油在一次能源需求中的占比將降至30%，可再生能源的占比將升至19%?；茉丛谀茉唇Y(jié)構(gòu)中的占比取決于替代能源和碳減排技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的速度。
碳中和對(duì)一些油氣公司的資源戰(zhàn)略產(chǎn)生了明顯影響。一些大型國(guó)際石油公司和國(guó)家石油公司積極發(fā)展可再生能源業(yè)務(wù)，正從傳統(tǒng)的石油天然氣公司轉(zhuǎn)型為多元化、低碳化的能源公司，這預(yù)示著煉油化工的原料結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。
其他原料也將作為煉油原料的補(bǔ)充。一是生物質(zhì)能源。這不是指投資新建生物燃料工廠(chǎng)，而是將生物質(zhì)(木質(zhì)纖維素、植物/動(dòng)物油脂等)處理后與原油或煉廠(chǎng)餾分混合，經(jīng)加氫處理等工藝生產(chǎn)低碳強(qiáng)度油品。目前，生物質(zhì)替代化石原料成本仍然較高，但生物質(zhì)原料的多樣性、獲得便利性及政策支持，有可能使其成為未來(lái)煉油低碳原料的重要組成部分。美國(guó)幾家煉油廠(chǎng)正在進(jìn)行改造，將生物質(zhì)原料與化石燃料混煉，生產(chǎn)可再生柴油或低碳航空燃料。bp公司計(jì)劃在煉廠(chǎng)進(jìn)行加氫植物油和廢棄油脂與化石原料混煉加工，生產(chǎn)低碳生物柴油和生物航空燃料。
二是廢塑料等廢棄化工產(chǎn)品。將廢塑料循環(huán)利用的研究一直在推進(jìn)，一些公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。例如，伊士曼化學(xué)公司將回收的廢塑料(非聚酯塑料、軟包裝等)轉(zhuǎn)化為附加值更高的先進(jìn)材料和纖維;?？松梨诠疽查_(kāi)展了廢塑料化學(xué)回收利用的工業(yè)試驗(yàn)。在市場(chǎng)和政策的推動(dòng)下，可循環(huán)利用的廢棄產(chǎn)品將成為石油產(chǎn)品的原料之一進(jìn)入煉廠(chǎng)的加工裝置。
未來(lái)，煉油行業(yè)將加工更加復(fù)雜的組合原料，但工藝流程和裝置與現(xiàn)有煉廠(chǎng)相似，產(chǎn)品也易于與當(dāng)前煉廠(chǎng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的組分進(jìn)行調(diào)和。
趨勢(shì)之二：
生產(chǎn)過(guò)程將更加重視節(jié)能降耗和使用綠色能源
節(jié)能是最重要的“能源”。加強(qiáng)煉油生產(chǎn)過(guò)程的能源管理是煉油行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要策略，也是短期內(nèi)降低二氧化碳排放量最有效的途徑。國(guó)外研究顯示，煉油行業(yè)仍有較大的節(jié)能降耗空間，提升煉油企業(yè)能源效率可使全球煉廠(chǎng)的平均成本再降30%，減少二氧化碳排放量3500萬(wàn)噸/年。
煉廠(chǎng)能耗最高的公用設(shè)備是分布在煉廠(chǎng)各工藝區(qū)域的加熱爐，通過(guò)能量?jī)?yōu)化管理、設(shè)備升級(jí)改造和使用低碳替代燃料，可實(shí)現(xiàn)部分減排。能耗和二氧化碳排放量較大的煉油工藝裝置有催化裂化、常減壓蒸餾、制氫、加氫處理和加氫裂化等，對(duì)于工藝裝置可以采取提高換熱效率、減少結(jié)垢、優(yōu)化控制等措施來(lái)降低能耗，或者采用節(jié)能技術(shù)、新建預(yù)處理設(shè)備等方法降低主體工藝裝置的能耗。此外，熱電(汽電)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)(CHP)和氣化聯(lián)合循環(huán)一體化發(fā)電技術(shù)(IGCC)已在煉油行業(yè)廣泛應(yīng)用，低成本的碳捕集新技術(shù)已規(guī)?；痉痘驊?yīng)用，這些技術(shù)將成為煉油行業(yè)綜合利用資源、節(jié)能減排的重要手段。
煉廠(chǎng)裝置運(yùn)行、化學(xué)反應(yīng)、分離提純、物料輸送等過(guò)程需要消耗大量能源，未來(lái)將逐步轉(zhuǎn)向由風(fēng)能、太陽(yáng)能等零碳電力或天然氣等低碳能源來(lái)提供動(dòng)力。在獲得充足廉價(jià)低碳電力供應(yīng)的前提下，從外部輸入低碳電力將是煉油行業(yè)實(shí)現(xiàn)減排的重要途徑。例如，巴斯夫、沙特基礎(chǔ)工業(yè)與林德公司計(jì)劃，共同開(kāi)發(fā)并推廣蒸汽裂解裝置電加熱解決方案，利用低碳電力加熱蒸汽裂解爐來(lái)減少二氧化碳排放量。
趨勢(shì)之三：
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將從以油品為主轉(zhuǎn)向以石化原料和材料為主
煉油產(chǎn)品主要包括汽、柴、煤油等液體交通燃料，石化原料，以及瀝青、潤(rùn)滑油和石油焦等其他工業(yè)產(chǎn)品。目前，我國(guó)交通燃料占比約65%，石化原料約占17%，其他產(chǎn)品占比約為18%。未來(lái)煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將取決于石化原料需求的增長(zhǎng)及交通運(yùn)輸領(lǐng)域替代能源的發(fā)展速度。
煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)未來(lái)將繼續(xù)加速向多產(chǎn)石化原料、材料方向轉(zhuǎn)型。以2019年需求為基準(zhǔn)，2030年世界石化原料需求增量將超過(guò)運(yùn)輸燃料，占總需求增量的60%，除美國(guó)和中東地區(qū)外，大多數(shù)石化原料(石腦油)仍來(lái)自煉油行業(yè)。
影響石油基石化原料需求的因素除下游產(chǎn)品市場(chǎng)外，主要還有替代產(chǎn)品和終端產(chǎn)品循環(huán)利用兩個(gè)方面。在目前條件下，與傳統(tǒng)煉油路線(xiàn)相比，通過(guò)生物質(zhì)和碳一路線(xiàn)生產(chǎn)烯烴和芳烴，在技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)可行性方面都不具備明顯優(yōu)勢(shì)，尤其在碳中和背景下，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；娲写诩夹g(shù)方面取得實(shí)質(zhì)性突破或者政策上給予支持。終端產(chǎn)品循環(huán)利用，會(huì)一定程度影響中間產(chǎn)品(例如聚乙烯和聚丙烯等聚合物)的需求。除石化原料外，瀝青、潤(rùn)滑油、石蠟等其他石油產(chǎn)品用其他技術(shù)路線(xiàn)替代的可行性不大，煉油企業(yè)可由生產(chǎn)普通瀝青、石油焦等轉(zhuǎn)為生產(chǎn)電極焦、石墨烯、中間相瀝青、特種瀝青等碳材料;同時(shí)，由于這些產(chǎn)品本身就是固碳產(chǎn)品，因此減碳需求不迫切?？傮w來(lái)看，中長(zhǎng)期內(nèi)煉油行業(yè)仍將是石化原料和其他工業(yè)產(chǎn)品的主要來(lái)源。
未來(lái)，交通運(yùn)輸油品需求將緩慢達(dá)峰然后下降。短中期內(nèi)，燃油效率提高在降低油品需求增速方面將發(fā)揮主要作用。中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)2020年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖2.0》預(yù)計(jì)，2030年乘用車(chē)新車(chē)油耗將從目前的接近5升/百公里降到3.2升/百公里。中長(zhǎng)期內(nèi)，隨著技術(shù)成熟、配套設(shè)施完善、成本下降，電動(dòng)汽車(chē)和替代燃料對(duì)油品市場(chǎng)的滲透率會(huì)逐步增加，從開(kāi)始時(shí)替代油品增量需求，逐漸發(fā)展為在長(zhǎng)期內(nèi)替代存量需求。但是，由于液體運(yùn)輸燃料具有相對(duì)更高的能量密度、運(yùn)輸方便和易于車(chē)載存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，且建立了完整而龐大的生產(chǎn)、存儲(chǔ)和銷(xiāo)售體系，不太可能實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)輸方式全面電氣化。在重型貨運(yùn)和海運(yùn)、航運(yùn)中，液體燃料的能量密度是一個(gè)根本優(yōu)勢(shì)，難以被替代。因此，交通運(yùn)輸能源低碳路徑不太可能有唯一方案，而是需要根據(jù)不同運(yùn)輸方式的特點(diǎn)和燃料要求，在低碳強(qiáng)度的石油基燃料、電能、氫能、生物燃料等多種燃料中進(jìn)行綜合考量。
在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中，儲(chǔ)能將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。為了應(yīng)對(duì)電力需求和供應(yīng)的波動(dòng)，需要具備容量大、反應(yīng)迅速、靈活的儲(chǔ)能設(shè)施。電池儲(chǔ)能技術(shù)正在加快發(fā)展，然而通過(guò)分子所能達(dá)到的存儲(chǔ)效率和儲(chǔ)能量超過(guò)了電子的存儲(chǔ)性能。氫氣是煉油的重要產(chǎn)品之一，煉油行業(yè)擁有運(yùn)營(yíng)氫氣產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)，在氫能方面可以提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能解決方案。煉油可與石化等其他行業(yè)實(shí)現(xiàn)協(xié)同一體化，發(fā)揮能源中心的作用，將多余的可再生電能轉(zhuǎn)化為氫，經(jīng)提純后作為燃料電池用高純氫等產(chǎn)品，也可根據(jù)需要將氫儲(chǔ)存或用于熱電聯(lián)產(chǎn)、與二氧化碳合成燃料、直接用于運(yùn)輸及作為其他工業(yè)的原料等。
趨勢(shì)之四：
技術(shù)創(chuàng)新將以提升效率和減排為主要目標(biāo)
原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化將給傳統(tǒng)煉油工藝、生產(chǎn)流程的功能和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)挑戰(zhàn)，一些新技術(shù)、新工藝流程、新催化劑的開(kāi)發(fā)，使得煉油過(guò)程具有更高的靈活性和適應(yīng)性，還有一些新技術(shù)將繞開(kāi)傳統(tǒng)煉油系統(tǒng)，成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的替代路線(xiàn)。
一是分子煉油與精細(xì)分離技術(shù)。與傳統(tǒng)煉廠(chǎng)分階段進(jìn)行原油和重油轉(zhuǎn)化，然后分別處理中間餾分的流程不同，分子煉油對(duì)原料和加工工藝進(jìn)行分子水平的認(rèn)識(shí)，并將分子模型納入整個(gè)煉廠(chǎng)優(yōu)化模型，從而在操作運(yùn)行中具有更強(qiáng)的敏捷性。通過(guò)分子表征和流程建模，將每一個(gè)分子都視為原料，通過(guò)精準(zhǔn)分離，優(yōu)化各個(gè)裝置的進(jìn)料組成，根據(jù)原料性質(zhì)精細(xì)調(diào)整工藝裝置操作。石油中富含不少天然的、甚至無(wú)法合成的化學(xué)原料，通過(guò)精細(xì)分離技術(shù)可以豐富以化工原料為主體的產(chǎn)品線(xiàn)，發(fā)揮原油的最大價(jià)值生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用。
二是短流程技術(shù)(例如原油直接制化學(xué)品技術(shù))，降低原料成本和溫室氣體強(qiáng)度的技術(shù)(例如甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯技術(shù))。以原油直接制化學(xué)品(COTC)為例，中國(guó)當(dāng)前煉化一體化程度最高的企業(yè)(恒力石化和浙江石化)每桶原油的化學(xué)品收率約為40%，而原油直接制化學(xué)品項(xiàng)目每桶原油的化學(xué)品收率在40%以上。由于每個(gè)原油直接制化學(xué)品項(xiàng)目的產(chǎn)能都相當(dāng)于幾個(gè)傳統(tǒng)的世界級(jí)規(guī)模石化裝置，未來(lái)大規(guī)模新建原油直接制化學(xué)品項(xiàng)目可能打破烯烴、芳烴價(jià)值鏈的供需平衡，一些煉化一體化企業(yè)有可能面臨產(chǎn)能過(guò)剩和被淘汰風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，2019~2030年，通過(guò)煉油產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的石化原料產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率約為前十年的一半。
三是碳回收及利用技術(shù)。當(dāng)前煉油行業(yè)可以采取提高能效、更換老舊設(shè)備、減少泄漏、加強(qiáng)裝置設(shè)備維護(hù)等低成本的減排方案，但效果是有上限的。如果不采用電氣化或碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)，碳排放量很難再下降，因此對(duì)碳回收、利用及減排技術(shù)的開(kāi)發(fā)很關(guān)鍵。加快開(kāi)發(fā)和應(yīng)用碳回收及利用技術(shù)有助于煉油企業(yè)應(yīng)對(duì)碳排放壓力，還可以加強(qiáng)煉油企業(yè)在低碳技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定、貿(mào)易談判等方面占有主動(dòng)權(quán)，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
四是數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)在快速響應(yīng)原料和產(chǎn)品需求變化、煉廠(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷、預(yù)測(cè)性檢維修、現(xiàn)場(chǎng)操作、科研創(chuàng)新等方面將發(fā)揮更加重要的作用。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用降低成本、提升客戶(hù)服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)市場(chǎng)敏感度，是煉油企業(yè)降低風(fēng)險(xiǎn)、挖掘現(xiàn)有業(yè)務(wù)鏈更多的價(jià)值、保持盈利能力的關(guān)鍵策略之一。在油氣行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，石油公司與數(shù)字化技術(shù)供應(yīng)商之間出現(xiàn)了新的戰(zhàn)略合作模式。IT公司為石油公司提供數(shù)字化產(chǎn)品和服務(wù)，石油公司為IT公司提供運(yùn)營(yíng)所需的低碳能源，以支持其實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。
煉油行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型宜分階段逐步實(shí)現(xiàn)
據(jù)國(guó)外研究，未來(lái)煉油行業(yè)將發(fā)生較大的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從將原油轉(zhuǎn)化為各種石油產(chǎn)品的傳統(tǒng)路線(xiàn)，將逐漸發(fā)展為一個(gè)能將更多元原料(包括化石原料、生物質(zhì)和廢棄化工產(chǎn)品等)轉(zhuǎn)化為能源和材料的行業(yè)。
低碳可持續(xù)發(fā)展是對(duì)煉油行業(yè)的考驗(yàn)，但全球汽車(chē)行業(yè)從燃油汽車(chē)轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車(chē)和其他低碳替代能源汽車(chē)仍需要多年時(shí)間，其對(duì)化石能源的依賴(lài)也不會(huì)迅速改變。受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)施難度等因素影響，煉油行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型之路可考慮分兩個(gè)階段進(jìn)行。
第一階段(當(dāng)前至2030年)：“減油增化”，節(jié)能降耗，減少生產(chǎn)過(guò)程的二氧化碳排放量。
在此階段，為滿(mǎn)足石化原料需求持續(xù)增長(zhǎng)，煉油行業(yè)向深度煉化一體化發(fā)展。部分燃料型煉油企業(yè)將進(jìn)行升級(jí)改造，建設(shè)大型乙烯等化工裝置，成為煉化一體化企業(yè)。建有加氫裂化、催化裂化等裝置的煉化一體化企業(yè)可以改造或調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)燃料與石化原料的新平衡。還有一些企業(yè)通過(guò)新建裝置或應(yīng)用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更直接的原油直接制化學(xué)品路線(xiàn)。
煉油生產(chǎn)過(guò)程中的碳減排，主要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、提高能源效率、外界輸入零碳/低碳電力或轉(zhuǎn)向低碳燃料、優(yōu)化公用工程供能等方式實(shí)現(xiàn);碳捕獲、利用與封存技術(shù)實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用;逐步引入可再生能源、可循環(huán)利用的廢棄物等作為原料生產(chǎn)液體運(yùn)輸燃料。
第二階段(2030~2050年)：煉廠(chǎng)功能轉(zhuǎn)型，成為集生產(chǎn)石化原料/材料和氫儲(chǔ)能的綜合體及能源集散中心。
此階段是對(duì)煉油行業(yè)重新定位功能、重塑價(jià)值鏈的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，煉廠(chǎng)的功能將徹底改變。煉廠(chǎng)從以加工石油為主生產(chǎn)各種石油產(chǎn)品的企業(yè)，逐漸發(fā)展成為一個(gè)能夠加工包括化石原料、生物質(zhì)、廢棄化工產(chǎn)品、回收的二氧化碳等在內(nèi)更多元原料，采用短流程、高效率、低排放加工流程，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)能耗多來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能等零碳電力，工藝過(guò)程排放的二氧化碳實(shí)現(xiàn)高效捕集，生產(chǎn)氫能、電力、石化原料、高端材料和少量運(yùn)輸燃料等多樣化產(chǎn)品的綜合性能源企業(yè)，同時(shí)具備氫儲(chǔ)能的功能，與周邊其他工業(yè)企業(yè)和能源企業(yè)協(xié)同發(fā)展，成為能源集散中心。
