煉油行業低碳發展政策要求
2020年，中國正式宣(xuan)布“二氧化碳排放力(li)爭(zheng)(zheng)于2030年前達到峰值，努力(li)爭(zheng)(zheng)取2060年前實現碳中和”的“雙碳”目標。黨中央、國(guo)務院(yuan)高度重視(shi)應對氣候變化工作，科學謀劃(hua)頂層設(she)計，將碳達峰碳中和納入生態(tai)文明建(jian)設整體(ti)布局。目前(qian)，我國已經完成(cheng)“雙碳”頂層設計，基(ji)本構建(jian)起了“1+N”政策體(ti)系，并不斷持續完(wan)善，涉(she)及多個行業(ye)不同領(ling)域的配套政策正在陸(lu)續出臺。同時，黨中央(yang)持續規范碳達峰碳中和運行(xing)體系，要求先立后破，不搞“一刀切、運動式”減碳，堅持能源安全和穩增長兩大(da)底線。
2021年10月24日，中共中央(yang)、國務(wu)院(yuan)正式(shi)公(gong)布《關(guan)于完(wan)整準確(que)全面貫徹新發展(zhan)理(li)念做好碳達峰碳中和(he)工作(zuo)的意(yi)見》，對(dui)碳達峰(feng)碳中(zhong)和(he)工作(zuo)作(zuo)出(chu)了(le)系統謀(mou)劃，明確了(le)總體(ti)要求、主要目標和(he)重大舉措(cuo)。設(she)定了推進建(jian)設(she)低(di)碳循環(huan)發展(zhan)(zhan)經濟體系(xi)、降(jiang)低(di)碳強度、提(ti)升非化石能源消費(fei)比(bi)重等低(di)碳發展(zhan)(zhan)目標。2021年10月26日，國務院發布《2030年前碳達峰行(xing)動方(fang)案》（簡稱《方(fang)案》），提出(chu)到2025年單位國內生產總值能源消耗比2020年下降13.5%，單位GDP二(er)氧化碳(tan)排放比2020年下降18%的目(mu)標。《方(fang)案(an)》同時對(dui)石化(hua)與煉油行業(ye)低碳發(fa)展提(ti)出了明(ming)確的目標和措施(shi)要求：到2025年國內原油一次加(jia)工能(neng)力(li)控(kong)制在1.0Gt以(yi)內，主要產(chan)品產(chan)能(neng)利用率(lv)提升至80%以(yi)上(shang)；引導(dao)企業轉變(bian)用能(neng)方(fang)式，鼓勵以(yi)電(dian)力、天然氣等替代(dai)煤(mei)炭；調整(zheng)原料結構，拓展富氫原料進(jin)口來源，推(tui)動石油化工原料輕質化；鼓勵企業(ye)節能升級改造，推動(dong)能量梯(ti)級利用(yong)、物料循環利用(yong)等。
2022年2月，國家發展改革委等(deng)四部門聯合發布《高耗(hao)能行業重點領域(yu)節能降(jiang)碳改造升級實施指(zhi)南(nan)（2022年版）》，明確提出推動煉油行業(ye)節能降碳改造(zao)升級(ji)，提出的舉措(cuo)包括(kuo)推動先進分離(li)、組分煉油等(deng)技(ji)術(shu)開發和應(ying)用(yong)，開展重(zhong)大節能裝備(bei)應(ying)用(yong)推(tui)廣，進(jin)行能量系統優化、氫氣系統優化等(deng)。2022年8月，工信部、發改委(wei)、生態(tai)環境部聯合發布(bu)《工業領域碳達峰(feng)實施方案》，提出堅持把節約能源資源放在首位，提升利用效率，優化用能和原料結構，推動企業循環式生產，推進用能低碳化、智慧化、系統化。
國家政策為煉油(you)行業(ye)“雙碳”工作(zuo)提供了(le)明(ming)確的戰(zhan)略指引和方法指南，同時行業(ye)的低(di)碳發展也(ye)面臨著(zhu)諸多挑戰(zhan)。碳達(da)峰碳中(zhong)和工作既是一場硬(ying)仗，也是一場持久戰(zhan)，要圍(wei)繞(rao)目標分(fen)階段、分(fen)步驟地推進相關工作。
煉油行業低碳發展面臨的挑戰
1.煉油產(chan)能存在(zai)結構(gou)性過(guo)剩
近年來，我國(guo)煉(lian)油能力(li)持續增加，從圖1可以(yi)看出(chu)2010年至今我國(guo)煉(lian)油能力(li)增長50%以(yi)上，2021年達到910Mt/a。隨(sui)著(zhu)煉油能力的不斷攀升，結構性產能過(guo)剩(sheng)問題愈加(jia)突出，具體表現為：一(yi)是全國煉(lian)(lian)油(you)(you)開(kai)工率比較低(di)，雖然(ran)煉(lian)(lian)油(you)(you)廠(chang)開(kai)工率從2015年的(de)(de)(de)66%增長至(zhi)2021年的(de)(de)(de)78%左右，但距發達國家(jia)的(de)(de)(de)90%左右的(de)水平(ping)(ping)還有(you)一定差距；二是煉油規(gui)模偏小(xiao)，全國平(ping)(ping)均煉油規(gui)模為4.58Mt/a，遠低(di)于世界(jie)平(ping)(ping)均水平的8.12Mt/a；三是成品油和基礎(chu)化(hua)工(gong)品過(guo)剩(sheng)，但(dan)高端化(hua)工(gong)品嚴重短(duan)缺。在解決結(jie)構性產能(neng)過(guo)剩、高端化工品生(sheng)產能力不足的過程中(zhong)，需統(tong)籌考慮(lv)低碳(tan)發展需求(qiu)。
2.煉油行業轉型發展需求迫切
我(wo)國實現碳達峰碳中和(he)的過(guo)程必將(jiang)推動能(neng)源(yuan)結構演(yan)變，交(jiao)通運(yun)輸用(yong)能(neng)將(jiang)逐漸被新能(neng)源(yuan)替代，成品油(you)需求近(jin)期達(da)峰后(hou)將(jiang)不可(ke)避免地呈(cheng)現降(jiang)低(di)趨勢(shi)，煉(lian)油(you)行業的供需結構性矛盾(dun)促使煉(lian)油(you)向化工轉(zhuan)型(xing)。據國際能(neng)源署（IEA）預測，到2030年(nian)世(shi)界化工(gong)原(yuan)料占石(shi)油(you)需求(qiu)增長的比例將超過1/3，并且這(zhe)一比例將持(chi)續增長至50%。
石油加(jia)工(gong)過程中(zhong)，由于目的產品不同、轉化深(shen)度差(cha)(cha)異(yi)，能源消耗(hao)也有較大的差(cha)(cha)別(bie)，這(zhe)就導致(zhi)煉油過程(cheng)的碳排放存在較大變(bian)化。在煉油廠由生(sheng)產成(cheng)品油向(xiang)生(sheng)產化工品轉(zhuan)型過程(cheng)中，由于原(yuan)料轉(zhuan)化深度更高(gao)，能源消(xiao)耗和(he)碳(tan)排(pai)放強度勢必會升高(gao)。因此在煉(lian)油(you)向化工(gong)轉型(xing)過程中，煉(lian)油(you)廠碳(tan)排(pai)放將(jiang)面臨較大的挑戰。
3.煉油能量利用效率亟待提升
國(guo)際(ji)能(neng)(neng)源(yuan)署指(zhi)出(chu)，要(yao)實現既定(ding)目標的碳(tan)中和，要(yao)求節能(neng)(neng)提效對全球二氧化碳(tan)減排的貢獻(xian)率達到37%。多(duo)方(fang)測算表明，節能與能效提升對我國實現(xian)2030年前碳達(da)(da)峰目標的貢獻(xian)率更是要達(da)(da)到70%以上。根據《高耗能行業重點領域節能降碳改造升級實施指南（2022年版）》的(de)通(tong)知，截至(zhi)2020年(nian)底，我國煉油行業能(neng)(neng)效優于標桿水平(ping)的產能(neng)(neng)約占25%，能(neng)(neng)效低于基準水平(ping)的產能(neng)(neng)約占20%，節能(neng)(neng)降碳(tan)改造升(sheng)級潛力較大。同時，我國煉油企業的能(neng)效(xiao)水平相較于世界先進水平仍然偏低，亟需通過能(neng)量轉換、能量利用(yong)、能量回收多個環節的優化(hua)實現能量利用(yong)效率的提升。
4.技術創新和技術應用有待推進
煉油企業低碳發(fa)展(zhan)面臨技術(shu)突破和技術(shu)應用(yong)的(de)雙重挑(tiao)戰。首(shou)先，高碳排放生產環節缺少顯著降碳技術手段，雖(sui)然(ran)開展了各類碳捕集、封存與(yu)利用(yong)（CCUS）技術(shu)示范項目，但技術(shu)經(jing)濟性(xing)尚需進一(yi)步提升，規(gui)模化應用(yong)(yong)仍有差(cha)距；綠氫、綠電(dian)大規(gui)模應用(yong)(yong)技術時機仍不成熟。其次，受復雜(za)流程工(gong)業體系制約，低碳單元技術需要在總流程優化的基礎上才能體現最大低碳價值，新技術與現有(you)流(liu)程耦合難度增(zeng)大。第三，石化行業數字化進程相較于其他行業起步較晚，多能耦合的智慧低碳能源(yuan)系統(tong)在煉油行業尚未應用(yong)。
煉油行業碳排放現狀
煉(lian)油行(xing)業(ye)作為(wei)我國交通能源和基礎化工原材料的重要保障(zhang)行(xing)業(ye)，在國民經(jing)濟發展中(zhong)發揮(hui)著不(bu)可替(ti)代的作用，但在此過程中(zhong)也排放了大量二(er)氧化(hua)碳(tan)。據(ju)統計，全球化(hua)學品和石化(hua)行(xing)業溫室氣體(ti)排放占總(zong)排放(fang)量的5.8%，其(qi)中3.6%來自能源(yuan)使用(yong)，2.2%來自工業過程。我國每年在石油煉制與基礎化學品生產過程的碳排放量近600Mt，占全國碳排放總量近6%，碳減排對于煉油行業來說是一項現實且緊迫的任務。根據煉(lian)(lian)油廠(chang)規模和加工(gong)流程的不同(tong)，煉(lian)(lian)油廠(chang)碳排(pai)放也有較大差別，燃料型煉(lian)(lian)油廠(chang)煉(lian)(lian)油板塊(kuai)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)強度（加工單位原(yuan)油的二氧化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)量）約為0.15~0.30t/t，煉(lian)化(hua)一體化(hua)煉(lian)油廠(chang)煉(lian)油板塊碳排(pai)放強度約(yue)為(wei)0.20~0.45t/t，煉油行業的化工轉型將(jiang)導(dao)致(zhi)生產端碳排(pai)放大幅(fu)升(sheng)高。但從生命周期(qi)來看，基于化工產品的固碳作用，原油經(jing)煉化一體化煉沒廠(chang)加(jia)工后生命周(zhou)期(qi)碳排放會大幅降低。
煉油企業碳排放構成
隨著我國“雙碳”目標的(de)提出(chu)，煉油企業迫(po)切需要厘清煉油廠(chang)碳排放來源(yuan)和排放強度，并(bing)在生(sheng)產方案調整時及時對碳(tan)(tan)排放趨勢做(zuo)出判斷，以有(you)效監控或(huo)預測煉油廠碳(tan)(tan)排放情況，從而有(you)針對性地制(zhi)定(ding)碳(tan)(tan)減排路(lu)線圖。
表1給出(chu)了典型煉(lian)油企業的(de)碳排(pai)(pai)放構成，可(ke)以看出(chu)，燃料型與煉(lian)化一體化煉(lian)油廠(chang)的(de)排(pai)(pai)放強度(du)相差(cha)較大(da)，分別(bie)為0.181t/t和0.346t/t，燃料(liao)型(xing)煉(lian)油(you)(you)廠排(pai)放強度較低，這主要是因為燃料(liao)型(xing)煉(lian)油(you)(you)廠流程相對(dui)較短，裝置復雜度相對較低。從排(pai)放類型來看，煉化一(yi)體化煉油廠的工藝排(pai)放顯著升(sheng)高，這主要是由于在(zai)化(hua)工轉型過(guo)程(cheng)中催化(hua)裂(lie)化(hua)燒焦(jiao)和制氫過(guo)程(cheng)碳排放較高所致。在(zai)煉化(hua)一(yi)體化(hua)煉油廠應對碳達峰碳(tan)(tan)中(zhong)和(he)過(guo)程中(zhong)，除了應(ying)用(yong)綠(lv)色(se)能源與綠(lv)氫之外，還要更多地考慮用(yong)CCUS技術(shu)解決工藝碳(tan)(tan)排放(fang)的問題。
煉油行業低碳發展路徑
1.深入推進節能降碳
（1）蒸汽動(dong)力系統優化
煉油(you)廠蒸汽(qi)(qi)動力系統具有多(duo)等(deng)級參數、多(duo)燃料來源、多(duo)產（汽(qi)(qi)）供（汽(qi)(qi)）需求(qiu)和多(duo)周期(qi)條件(jian)等(deng)特點，處于能量轉換環節的(de)前(qian)端。蒸汽動(dong)力系統優化容易受到工藝裝置(zhi)、其他公用工程、輔(fu)助和附屬生產系統的影響，在石(shi)化企業節能工作中，蒸(zheng)汽(qi)(qi)動力系統優化的節能效果(guo)多體現為電力、蒸(zheng)汽(qi)(qi)和燃料(liao)氣消(xiao)耗(hao)量的降(jiang)低，是(shi)煉油廠(chang)節能降(jiang)碳(tan)的重要組成(cheng)部(bu)分。
采用流程(cheng)模擬輔(fu)助建(jian)立蒸汽動力系統完整數學模型，構建(jian)混合整數非線(xian)性規劃問(wen)題并優化(hua)求解，可(ke)以實現蒸(zheng)汽(qi)系統設備(bei)調優(you)(you)與動力(li)源驅動方式(shi)優(you)(you)化(hua)、蒸(zheng)汽(qi)網絡優(you)(you)化(hua)及蒸(zheng)汽(qi)平衡(heng)配置優(you)(you)化(hua)，進而實現節能降碳。對于千萬噸(dun)級煉油廠，通(tong)過開(kai)展蒸汽(qi)動力(li)系統優化，每年可降低二氧(yang)化碳排放30~100kt。中國石化金陵分公司綜合考慮蒸汽產(chan)、輸、用3個環節，搭建(jian)動(dong)力站和蒸汽管網模型，經(jing)過蒸汽(qi)(qi)系統優化后發(fa)電量增加7227kW，節省低壓(ya)蒸汽(qi)(qi)30t/h，每(mei)年實現(xian)二氧(yang)化碳減排量約55kt。全廠(chang)蒸(zheng)汽管網系統優化項目(mu)在中國石化勝利油田(tian)有限(xian)公司石油化工總廠(chang)推廣應(ying)用后節省蒸(zheng)汽消(xiao)耗10t/h，實(shi)現年增經濟效益500多(duo)萬(wan)元(yuan)，每(mei)年實(shi)現二(er)氧化碳減排量近20kt。
（2）低溫余熱高效(xiao)利(li)用
低溫余熱是(shi)(shi)生產系統通過內部(bu)熱量回(hui)收后仍(reng)無法利用的熱量，其(qi)本(ben)質是(shi)(shi)來源于燃料熱能的轉化(hua)，合理利用(yong)和回收(shou)低溫余熱是節能(neng)降碳的重要(yao)環節。根據(ju)相關(guan)數據(ju)估算(suan)，中國(guo)煉化企業80~150℃中低溫位余熱資源量為20~30GW。
為提升煉油(you)廠低溫余熱的利用效率，可結合流程模擬和計算流體力學進行診斷與分析，按照“溫度對口、逐(zhu)級(ji)利(li)用”原(yuan)則，基于全(quan)廠(chang)蒸汽動力系(xi)統(tong)平衡開展全(quan)廠(chang)低溫熱資源綜合(he)優化、。對于千萬噸級(ji)煉油廠，通過低溫余(yu)熱高效利用技術開展優化(hua)，即(ji)使低溫熱回收利用率只提升10%，全廠綜合(he)能耗即(ji)可降(jiang)低(di)2%左(zuo)右，全廠二(er)氧化碳排放(fang)可降(jiang)低(di)40kt/a左(zuo)右。表2給出(chu)了(le)某5.0Mt/a煉油廠低(di)溫熱優化后(hou)的節能(neng)和降碳效果(guo)。從(cong)表2可以(yi)看出(chu)，經過低(di)溫(wen)熱優化(hua)后蒸汽、燃(ran)料氣(qi)以(yi)及電的消耗(hao)均有不(bu)同程度的降低。
（3）換熱網(wang)絡(luo)集成優化
換(huan)熱網絡在(zai)煉油廠能量(liang)回收利(li)用中扮演著至關重要(yao)的角(jiao)色，提(ti)高換(huan)熱效率是(shi)煉油廠節能降碳、提(ti)高經濟效益的重要手段(duan)。換(huan)熱網絡集成優化可采用夾點分析與數學規劃相結合(he)的(de)方法，對(dui)全廠及單裝(zhuang)置(zhi)換熱網(wang)絡進行嚴格(ge)模擬，對換熱網(wang)絡開展詳細診斷與彈性分(fen)析，結合裝置(zhi)用(yong)能特點和限制條件，提出操(cao)作優化(hua)與改造優化(hua)措施，實(shi)現能(neng)量介質的優化(hua)分(fen)配(pei)和綜合(he)利(li)用。此外，通(tong)過搭建換熱網(wang)絡智能(neng)優化平臺，可針對不同煉油廠的(de)工藝及優化目標，自(zi)動生成換熱(re)網絡優化方案，提供經濟效益更佳的節能增(zeng)效方案。
換熱網絡集成優化技術(shu)能夠廣泛運用于煉(lian)油廠(chang)各裝置及全(quan)廠(chang)裝置間熱聯合(he)，通(tong)過提(ti)高(gao)能量(liang)利(li)用效率，減少加熱爐(lu)燃料氣及蒸汽消耗(hao)，實現節能降碳(tan)。以千萬噸級常減壓(ya)蒸餾裝置為例，通過換(huan)熱網絡集(ji)成優化可降低裝置能(neng)耗1~3kgOE/t（1kgOE＝41.868MJ），減少CO2排放20~50kt/a，經(jing)濟(ji)效益增加(jia)1500~3000萬元/a。中(zhong)國石化(hua)濟南分公司通過采用換(huan)熱(re)網(wang)絡集(ji)成優化(hua)技術(shu)，對其常(chang)減壓蒸餾(liu)裝置(zhi)進行換熱(re)網絡的調(diao)整與(yu)優化，實現換熱(re)終溫提高(gao)5℃，并使得加熱(re)爐負荷降低6.58%。國內(nei)某企(qi)業的常(chang)減壓(ya)蒸餾裝置通過換熱網絡優(you)化，使得換熱網絡終溫提高10℃，降(jiang)低(di)裝置能耗0.7kgOE/t，經濟效益增加約126萬元(yuan)/a。
2.提升資源利用效率
（1）優(you)化原油供給
原(yuan)油(you)(you)(you)是煉油(you)(you)(you)廠(chang)最(zui)主要的(de)原(yuan)料，原(yuan)油(you)(you)(you)成(cheng)本(ben)約占(zhan)煉油(you)(you)(you)總生產成(cheng)本(ben)的(de)90%，因此(ci)原(yuan)油(you)(you)(you)的(de)合理選擇與利(li)用在(zai)煉油廠中起著重要的作(zuo)用。原油資源高效利(li)用一方(fang)面可通過(guo)開發(fa)和(he)應用新(xin)技術實現，另一方(fang)面需要合理(li)進(jin)行原油(you)選(xuan)擇(ze)和加(jia)工方案的調整。開發符合煉油(you)廠(chang)生(sheng)產(chan)(chan)實(shi)際(ji)的優化(hua)模型，開展原油(you)選(xuan)擇(ze)及生(sheng)產(chan)(chan)運行(xing)優(you)化，結(jie)合(he)煉(lian)油工藝模(mo)型進行(xing)總流(liu)程優(you)化，在(zai)實現企業效益最大化的同時，還可對(dui)煉(lian)油廠(chang)碳資產進行高效管理。
通過(guo)研究發現，原油(you)性質的變化對全(quan)廠能耗和碳(tan)排放的影響顯著(zhu)。以某(mou)千(qian)萬(wan)噸級加(jia)氫(qing)型煉(lian)油(you)廠為研究對象，基于企業實(shi)際(ji)加工的原油(you)種類(lei)，設置不同原油(you)結構的對比方案，考察(cha)了原油(you)性質對生(sheng)產過程能耗(hao)與碳(tan)排放帶(dai)來的影響，結果如表(biao)3所(suo)示。由表(biao)3可以看出，隨著原油輕質化、低硫化，全廠能耗和碳排(pai)放均呈降(jiang)(jiang)低趨勢(shi)，且降(jiang)(jiang)幅顯著。
（2）分(fen)(fen)子(zi)煉油(you)（組分(fen)(fen)煉油(you)）
分子煉(lian)(lian)油(you)（組分煉(lian)(lian)油(you)）是(shi)提升石(shi)油(you)煉(lian)(lian)制效率(lv)、降低煉(lian)(lian)油(you)能耗的可行路線，其核心是(shi)采用先(xian)進的分離(li)技術對原(yuan)油或其不同餾分(fen)進行(xing)烴組分(fen)分(fen)離(li)，然后對分(fen)離(li)后的組分(fen)進行(xing)煉制。
以10Mt/a原油(you)直接(jie)催化裂解最大(da)化生產化工產品為常規方(fang)案，如圖2所示，原油經催化裂(lie)解(jie)裝置加(jia)工后(hou)，裂(lie)解(jie)干氣(qi)、液化(hua)氣(qi)和(he)汽油經后(hou)續(xu)裝置加工分離出乙(yi)烯(xi)、丙(bing)烯(xi)、Ｃ4液化氣和三苯（苯、甲(jia)苯、二甲(jia)苯，BTX）產品，裂解柴(chai)(chai)油(you)經柴(chai)(chai)油(you)芳(fang)烴型改質（RLA）裝置加工后，改質(zhi)汽油經芳烴抽提(ti)分離出三(san)苯產品，改質(zhi)柴(chai)油(you)回煉至催(cui)化裂解裝置。
同樣以10Mt/a原(yuan)油加工規模煉油廠為例，采用組(zu)分(fen)煉油理(li)念設(she)計如(ru)圖3所示加工流程。原(yuan)油經分餾裝置得到(dao)輕、中、重(zhong)3個餾分(fen)，然后分(fen)別通過各組(zu)分(fen)分(fen)離裝置(zhi)分(fen)離出飽(bao)和分(fen)進入催化裂解裝置(zhi)加工；輕餾分非飽和(he)分經加(jia)氫抽提生產三苯(ben)產品，中餾分非飽和(he)分經加(jia)氫后進行催化裂解，重餾(liu)分非飽和分進入焦化裝置加工(gong)；催化(hua)裂解干氣(qi)、液(ye)化(hua)氣(qi)和(he)汽油(you)經后(hou)續(xu)裝置加工(gong)分離出乙烯、丙(bing)烯、Ｃ4液化氣和三(san)苯(ben)產(chan)品(pin)，催化(hua)裂(lie)解(jie)柴油(you)和中餾分非飽和分進入(ru)循環油(you)加氫－催化(hua)裂(lie)解(jie)裝置加工(gong)，可產(chan)出(chu)甲基萘(nai)油和蒽油。
對(dui)前述(shu)常規方(fang)案(an)(an)(an)和組分(fen)煉油方(fang)案(an)(an)(an)分(fen)別開(kai)展總流(liu)程研究并進行產(chan)品分(fen)布對(dui)比，組分(fen)煉油方(fang)案(an)(an)(an)中乙烯、丙(bing)烯和(he)三苯產(chan)品的(de)產(chan)量均比常規方案(an)高；同時通(tong)過將非(fei)飽(bao)和(he)分從催(cui)化裂解裝置原料中分離出來，使得組分煉油方(fang)案(an)的(de)催化(hua)裂(lie)解燒(shao)焦(jiao)總量(liang)低(di)于(yu)常規方(fang)案(an)。在原油60美元/bbl（1bbl≈159Ｌ）的(de)價(jia)格體系下對(dui)比兩個(ge)方案的經(jing)濟效(xiao)益，發現(xian)組(zu)分煉油方案的產(chan)品產(chan)值高于常(chang)規方案，雖然(ran)組(zu)分煉油方案噸油操作成本和建設投資(zi)折(zhe)舊(jiu)均高于常規方案，但(dan)其噸油毛利仍比常規方案提高185元。基于組(zu)分煉油方(fang)(fang)案(an)中催化裂解裝置燒焦量(liang)的降低(di)，使(shi)得組分煉油方(fang)(fang)案(an)的總碳排(pai)放(fang)量(liang)較常規方(fang)(fang)案(an)降低(di)445.7kt/a，同(tong)時由于組分煉油方案產品產值(zhi)的提高(gao)，其萬元產值(zhi)碳排放強度(du)較常規方案降(jiang)低0.26t，降(jiang)幅達(da)9.2%。
（3）氫氣資源高效利用
隨(sui)著原油劣質化趨(qu)勢加劇、節(jie)能環保指標日益(yi)嚴格、化工轉型需求(qiu)迫切，煉化企業氫氣需求(qiu)量(liang)逐(zhu)年遞(di)增，用氫(qing)成本(ben)不(bu)斷攀(pan)升，已成為煉化企業僅(jin)次于原油(you)的第二大成本(ben)要素。然而，制氫(qing)裝置成本(ben)高昂(ang)（每噸氫(qing)氣成本為(wei)(wei)1~2萬元(yuan)），能(neng)耗巨大（平均綜合能(neng)耗為(wei)(wei)1000kgOE/t以(yi)上），且碳排放量大（天然氣制(zhi)氫(qing)的(de)碳排放約為11t/t）。因此，對(dui)煉油廠氫(qing)氣系統進行集(ji)成設計與優(you)化改造(zao)以提高氫(qing)氣利用(yong)率，是煉化企業節能降碳、挖潛增效的重要途徑。
要(yao)實現氫(qing)氣(qi)資源的高效利用(yong)(yong)，煉化企業需(xu)將用(yong)(yong)氫(qing)理念從粗放式氫(qing)氣(qi)平衡過渡到精細化氫(qing)氣(qi)管理，從制氫(qing)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)原料優化、臨氫(qing)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)節氫(qing)管理、氫(qing)氣資源回(hui)收利用和氫(qing)氣網絡整合(he)優化4個關鍵環節入手開(kai)展氫氣網絡(luo)系(xi)統集成優化，實現氫氣資源(yuan)的梯(ti)級(ji)高效(xiao)(xiao)利用(yong)和精細管理(li)，提(ti)高系(xi)統氫氣利用(yong)效(xiao)(xiao)率，最(zui)大程度降低氫耗、系統能耗和二氧化碳(tan)排放，助力企業低碳(tan)高(gao)質(zhi)量發展。
氫氣網絡系統集成優化技術路線包括：
①利用(yong)氫(qing)夾點(dian)分(fen)(fen)析技(ji)術，診斷煉油廠氫(qing)氣系統(tong)(tong)當前運行狀況，挖(wa)掘系統(tong)(tong)用(yong)氫(qing)瓶頸，深度分(fen)(fen)析節(jie)氫(qing)潛力(li)及優化方(fang)向；
②對用(yong)氫(qing)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行嚴格模擬，開(kai)展(zhan)耗氫(qing)裝(zhuang)置(zhi)節氫(qing)管理，實現氫(qing)氣網絡與用(yong)氫(qing)裝(zhuang)置(zhi)協同優(you)(you)化(hua)，集(ji)成優(you)(you)化氫氣(qi)分配網絡和加氫裝(zhuang)置最(zui)佳(jia)操作條件；
③構(gou)建氫氣網絡超(chao)結(jie)構(gou)數學規劃模型，在實(shi)際約(yue)束限制下優化氫氣網絡拓撲結(jie)構(gou)。混(hun)合整數非線性規(gui)劃模(mo)型可(ke)綜合(he)考慮壓力(li)約(yue)束、邏輯限(xian)制、提純和壓縮單元數學(xue)模(mo)型、投資成(cheng)本(ben)和回(hui)收期等約(yue)束，以年度總成(cheng)本最小為目標函(han)數(shu)，充分權衡節氫量、投資成(cheng)本和運行成(cheng)本三者之(zhi)間的關系；
④結合煉油廠總圖(tu)布置，考(kao)慮管網(wang)壓力、區(qu)域加氫裝置氫氣消耗特點(dian)，綜合權衡工程投資(zi)成本和(he)操作運行成本(ben)，充(chong)分依(yi)托現有(you)氫氣管網(wang)進行優(you)(you)化改造，實現氫氣網(wang)絡(luo)系統集成優(you)(you)化。
對于千萬噸級煉油廠，氫氣系統優化(hua)后預計可提高氫氣利用效率2%~5%，每年可降低二氧(yang)化(hua)碳(tan)排
放20~50kt，增加(jia)經濟(ji)效益(yi)約(yue)3000~6000萬元(yuan)/a。
3.深入調整產業結構
隨(sui)著“雙(shuang)碳”政策的(de)逐步深化，必將(jiang)推動能源結構重大改變，石油作為主要能源供給的(de)地位逐漸淡化(hua)，其功能將由主要生產(chan)交通燃料向生產(chan)化(hua)工品(pin)轉變。如表(biao)4所示，雖然化(hua)工型煉(lian)油(you)廠生產(chan)環(huan)節的碳排放大(da)幅增(zeng)加，但其全生命周期(qi)碳排放強度降幅超過50%。若未來生產過程的用電排放、燃料(liao)燃燒排放以及工(gong)藝(yi)排放采用(yong)綠電、電氣化加熱和CCUS等技術給予解決，則煉油產業可實現生命周期(qi)零碳排放。化工型煉油(you)廠具(ju)有全生(sheng)命周(zhou)期低(di)碳特征(zheng)，是煉化企業的低(di)碳發展方(fang)向。
4.大力發展循環經濟
（1）廢塑(su)料(liao)化學循環
作為煉油(you)行(xing)業(ye)的(de)下游產(chan)品(pin)，塑(su)料在我國的(de)年產(chan)量達到95Mt，同(tong)時每(mei)年也有63Mt的(de)廢塑(su)料產(chan)生。目(mu)前我國的廢(fei)塑料中(zhong)1/3通過物理回收處理，1/3通過焚燒處理，還有1/3采(cai)用填埋處理，傳統的處理方式(shi)不僅帶來土地的大量(liang)占用與污染，還會產(chan)生大量(liang)CO2。廢塑料化學(xue)循環作為近(jin)年來備受關注的新興技術(shu)，不僅可以(yi)降低廢塑(su)料(liao)處理過(guo)程(cheng)的碳排放(fang)與(yu)新塑(su)料(liao)生(sheng)產的碳足跡，還(huan)可以(yi)大大緩(huan)解我國原油(you)的(de)對外(wai)依存度(du)。
中石化石油化工科學(xue)研究院有限公司近年(nian)來開發了廢塑料熱解（RPCC）技術并(bing)完成中試(shi)驗(yan)證，基于石油(you)基煉油(you)廠耦(ou)合廢塑料化(hua)學利用開展(zhan)了煉油(you)廠碳(tan)(tan)排放與產品(pin)碳(tan)(tan)足跡(ji)的研究(jiu)，結果(guo)如(ru)表(biao)5和表(biao)6所示。
從表5和表6可以看(kan)出，廢塑料油(you)替代原油(you)在燃料型煉(lian)油(you)廠進行加工，其加工過程碳(tan)排放降低58.9%；當廢塑料油最大化生產聚(ju)(ju)烯(xi)烴時，聚(ju)(ju)乙烯(xi)和(he)聚(ju)(ju)丙(bing)烯(xi)產品的碳足跡（單位聚烯(xi)烴(jing)二氧化碳排放量）分(fen)別為1.48和1.17t/t，與原油基(ji)聚烯烴相比分(fen)別降低(di)26.4%和24.0%。無論(lun)是以廢(fei)塑料為原料(liao)(liao)生產油(you)品，還是廢塑料(liao)(liao)化學循(xun)環生產聚(ju)烯烴(jing)，碳排放和產品碳足(zu)跡都會大(da)幅降低，減排效(xiao)果明顯(xian)。
（1）生物質能源技術
石(shi)油資源是不可再生資源，且在使用(yong)過(guo)程中會產(chan)生大量的(de)凈二氧化碳排放(fang)，面(mian)對石(shi)油資源和環境的(de)雙重危機，科學(xue)家們將(jiang)目標轉向(xiang)可再生資源(yuan)。
生(sheng)物(wu)油脂(zhi)作為(wei)可(ke)持續原(yuan)(yuan)料的(de)(de)重要組成部分，目前依(yi)然是(shi)生(sheng)物(wu)噴(pen)氣(qi)燃料的(de)(de)主要來源，油脂(zhi)原(yuan)(yuan)料經(jing)過預(yu)處理脫除部分雜質后進行加(jia)氫(qing)處理反應，在加(jia)氫(qing)處理反應過程中(zhong)脫除原料中(zhong)的O、S、N及其他雜原子，然后通過加氫轉化(hua)制(zhi)備(bei)出生物噴(pen)(pen)氣燃料組(zu)分，其(qi)組(zu)成與傳統噴(pen)(pen)氣燃料相近，按照目(mu)前的標準(zhun)要求，生物(wu)噴氣燃料最大(da)調合比例可達50%，并且使用(yong)生物(wu)噴氣燃料無需對飛機(ji)現(xian)有(you)燃油(you)和動力等系(xi)統進(jin)行改造(zao)。基于(yu)不同的原料和加工過程，生物(wu)噴氣燃料的減排(pai)效果有所差(cha)異。根據(ju)測算(suan)，相對于(yu)石油基噴(pen)氣(qi)燃料(liao)(liao)，采用(yong)廢棄油脂生產(chan)的(de)噴(pen)氣(qi)燃料(liao)(liao)全生命周期二氧化碳(tan)減排幅(fu)度為67%~94%。
微藻是(shi)能夠進行光合(he)作用的單(dan)細胞(bao)生物，能夠將二氧化(hua)碳與無機氮以(yi)極高的效(xiao)率轉化(hua)為有機碳（主(zhu)要為糖類與脂質）和有(you)機氮（主要為蛋白質），具有(you)非常高的應用價(jia)值(zhi)。微藻一方面能(neng)夠實現“加法”，生(sheng)產大量富含(han)脂肪與蛋(dan)白質的生(sheng)物質；另一(yi)方(fang)面(mian)能夠實現“減法”，將化石(shi)能源應用釋放的二氧化碳(tan)與(yu)NOx進(jin)行吸收與(yu)固定，助力(li)碳(tan)達峰、碳(tan)中和(he)與(yu)大氣污(wu)染治理目標的實現。以3400畝的規模開展微藻養(yang)殖，每年能夠吸(xi)收10kt二(er)氧化碳，同時生產約5400t高蛋(dan)白微藻生物質(zhi)，市(shi)場(chang)價(jia)值可達(da)7000萬元。
5.二氧化碳資源化利用
CCUS技術是全球應對氣候變(bian)化(hua)(hua)的(de)關鍵技術之一，因其(qi)可消納、轉化(hua)(hua)大(da)量二氧化(hua)(hua)碳被(bei)認為(wei)是實現碳中和的(de)(de)有效且必(bi)要手(shou)段。根據國際能(neng)源署數(shu)據，CCUS消(xiao)納的(de)(de)二(er)氧化碳可能(neng)占到(dao)2050年所(suo)需二(er)氧化碳減排總量的1/6。其中二氧化碳資(zi)源化利用主要(yao)包括二氧化碳制(zhi)燃(ran)料、化學品等。
二氧化碳(tan)加氫可以獲得具有更高經濟價值(zhi)的多(duo)碳(tan)有機(ji)化合(he)物，其中(zhong)二氧化碳(tan)加氫直(zhi)接制備噴氣燃(ran)料被認為是一項(xiang)顛覆(fu)性戰略技術。基于新(xin)研究策(ce)略的新(xin)型材料和催化劑設計與催化體系構建(jian)是實現二氧化(hua)碳(tan)(tan)加氫轉化(hua)的關(guan)鍵，石科院組合(he)式高效二氧化(hua)碳(tan)(tan)加氫制噴氣燃料成套技術可實現二氧化(hua)碳(tan)(tan)單程轉化率41.6%、煤油(you)餾(liu)分(fen)選擇性(xing)51.1%的水平。與石(shi)油(you)基噴氣燃料相比，二氧化碳加氫制噴氣燃料噸油全生(sheng)命周(zhou)期碳減排近3t，以我(wo)國目(mu)前噴(pen)氣燃料(liao)消費量33Mt/a計(ji)，即使以10%替代，每年(nian)可(ke)實現碳減排約(yue)10Mt。
二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)加(jia)氫制甲醇技術既可實(shi)現(xian)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)資源化(hua)利用(yong)，又可將風能(neng)、太陽能(neng)制備的(de)綠(lv)電轉(zhuan)化(hua)為(wei)可儲可運的化(hua)學能(neng)，是一種綠色低(di)碳(tan)的儲能(neng)技術，是實現(xian)碳(tan)中(zhong)和的重要技術支撐(cheng)。二氧(yang)化(hua)碳(tan)和綠氫(qing)反應制1t甲醇可減排2t二氧化碳，與煤(mei)制甲醇相比，以我國(guo)目前甲醇產量(liang)97Mt/a計，即使以10%的(de)替(ti)代，每年可實現碳(tan)減排約20Mt。
6.綠氫煉化
根據(ju)世界能源(yuan)理(li)事會的報告，氫氣(qi)按照生產來(lai)源(yuan)可分為“灰色”、“藍色”和(he)“綠色”。灰氫主(zhu)要(yao)是(shi)來(lai)自(zi)化石燃料，基于不同的制(zhi)氫(qing)原料，采用傳統工藝制(zhi)氫(qing)過程的碳排放約為10~23t/t。藍氫(qing)是通(tong)過化(hua)石燃料(liao)制(zhi)(zhi)取的(de)氫(qing)(qing)氣，但(dan)對制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)過程(cheng)產(chan)生的(de)二氧化碳(tan)實施了(le)捕集和封存。綠(lv)氫(qing)(qing)是通(tong)過綠(lv)電(dian)電(dian)解水(shui)制(zhi)(zhi)備出的(de)氫氣，制(zhi)氫過程沒有碳排(pai)放，但目前成(cheng)本相對較高(gao)。
2020年(nian)，我國氫氣產量超過25Mt，其中(zhong)煉油與化工過程占據25%的用(yong)氫份額(e)，隨著產品質(zhi)量升級以及(ji)煉油行(xing)業的轉型(xing)，氫氣需求量(liang)還將逐漸(jian)上升。由于綠氫生(sheng)產過程不產生(sheng)碳排放，綠氫煉化(hua)將是實現(xian)煉油行(xing)業深度(du)脫碳的重要途(tu)徑(jing)之一。中長期看，隨著碳減排的需求增(zeng)加和綠氫技術進(jin)步以及經濟性提升，氫(qing)能(neng)供給結構將從(cong)以化石能(neng)源為主的(de)高碳(tan)排放氫(qing)逐步過渡到以可再生能(neng)源為主的(de)綠氫(qing)。以千萬噸(dun)級煉(lian)油廠為例(li)，若原料用氫全部(bu)被(bei)綠氫替(ti)代，每年可降低(di)煉(lian)油廠碳排(pai)放2.0Mt以上(shang)。
7.推進智能煉油廠實施
2021年12月(yue)28日(ri)，工業和信息化部(bu)等八部(bu)門聯合印發(fa)了《“十(shi)四五”智(zhi)能制造發(fa)展規劃(hua)》。其中明確指出：到2025年(nian)，規模以上制造業(ye)(ye)(ye)企業(ye)(ye)(ye)大(da)部分實現數字化網絡(luo)化，重點行業(ye)(ye)(ye)骨干企業(ye)(ye)(ye)初步應用智能(neng)化；到2035年，規模以上制(zhi)造(zao)業(ye)企業(ye)全面普(pu)及數字化網絡(luo)化，重點行業(ye)骨(gu)干企業(ye)基本實現智(zhi)能化；支持企業(ye)依托(tuo)標(biao)準(zhun)開展智能車間/工廠建設，以“鼎(ding)新”帶動“革故”，提高質量、效率(lv)和效益，減少資源、能源消(xiao)耗，暢通產業鏈、供應鏈，助力碳達峰(feng)碳中和目標的實現。
數字化(hua)轉(zhuan)型、網(wang)絡化(hua)協同和智能化(hua)變(bian)革，是當前煉油(you)行業不可(ke)逆轉(zhuan)的(de)發展趨勢。智能煉油(you)廠的(de)建(jian)設(she)，應立(li)足行業(ye)本質、緊扣智(zhi)能特征(zheng)，以生產運行的(de)(de)數據為(wei)基礎，以工藝裝備的(de)(de)模擬為(wei)途(tu)徑，以上下協同的優化(hua)為核心，實(shi)現工藝流程優化(hua)、資源(yuan)高(gao)效(xiao)配置(zhi)和智(zhi)慧(hui)決策支(zhi)持。實(shi)時優化(hua)技(ji)術（RTO）是(shi)促(cu)進(jin)煉油廠生產計劃、調度(du)排產、操作(zuo)優(you)化、實時控制縱向集(ji)成的核心環節，能夠根(gen)據原(yuan)料性質、產品指標(biao)和市場需求(qiu)等因素的變化，實(shi)時(shi)優化裝置操作條件，確保生產裝置在全局最(zui)優工況下(xia)運(yun)行。基于(yu)實時優(you)化技術(shu)，在不增加重大設備投資的(de)情(qing)況(kuang)下，可充分挖掘現有生產裝置的(de)運(yun)行潛力，使(shi)主要技術經濟指(zhi)標達到(dao)或(huo)超過同類裝置(zhi)的先進水平，有(you)效實現提(ti)質、增產、節能、降耗的目標，助力(li)企業(ye)安全(quan)高效、綠色低碳的發展進(jin)程。
以千萬噸級石化企業中常減(jian)壓蒸餾裝(zhuang)置為例，通過(guo)應用實時優(you)化技術，輕油收率可提(ti)高(gao)1%-3%，綜合能耗降低(di)1-2kgOE/t，二氧(yang)化碳排放量減少20-40kt/a，經濟(ji)效益提(ti)高1500-8000萬元(yuan)/a。
結束語
國(guo)家政策為石化行(xing)業(ye)“雙碳”工作提供了強(qiang)有力的(de)戰略指引和(he)方法指南(nan)，但(dan)同時煉油行(xing)業(ye)也(ye)面臨著低碳發展的諸多(duo)挑(tiao)戰。煉油行業作為復(fu)雜的流程工(gong)業體(ti)系(xi)，在碳減排(pai)過程中面臨(lin)基(ji)礎(chu)數據弱、制約因素多(duo)、減排任務重(zhong)等多(duo)重(zhong)問(wen)題(ti)。煉(lian)(lian)油產能(neng)存在結構(gou)性(xing)過剩，煉(lian)(lian)油能(neng)量(liang)利用(yong)效率(lv)亟需提(ti)升(sheng)，技術創(chuang)新和(he)技術應用有待推進。
煉油行業(ye)低碳發展(zhan)需(xu)要統籌整體與(yu)局(ju)部(bu)、平衡(heng)發展(zhan)與(yu)減排、立(li)足短期(qi)與(yu)長期(qi)，通(tong)過節(jie)能(neng)技(ji)術、原油與(yu)氫氣資(zi)(zi)源(yuan)高效利用、先進(jin)煉油單元技術、基于組(zu)分煉油的流程(cheng)再(zai)造(zao)、可(ke)再(zai)生資(zi)(zi)源(yuan)利用、資(zi)(zi)源(yuan)循環利用(yong)、智能煉油(you)(you)廠、綠(lv)氫煉化、CCUS等技術，可(ke)實現(xian)煉油(you)(you)行業的可(ke)持續低碳發展(zhan)。
轉載(zai)自(zi)：化工好料到
來(lai)源：中國化工信(xin)息周刊
