煉油行業(yè)低碳發(fā)展政策要求

2020年，中國(guó)正式宣布“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的“雙碳”目標(biāo)。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視應(yīng)對(duì)氣候變化工作，科學(xué)謀劃頂層設(shè)計(jì)，將碳達(dá)峰碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。目前，我國(guó)已經(jīng)完成“雙碳”頂層設(shè)計(jì)，基本構(gòu)建起了“1+N”政策體系，并不斷持續(xù)完善，涉及多個(gè)行業(yè)不同領(lǐng)域的配套政策正在陸續(xù)出臺(tái)。同時(shí)，黨中央持續(xù)規(guī)范碳達(dá)峰碳中和運(yùn)行體系，要求先立后破，不搞“一刀切、運(yùn)動(dòng)式”減碳，堅(jiān)持能源安全和穩(wěn)增長(zhǎng)兩大底線。

2021年10月24日，中共中央、國(guó)務(wù)院正式公布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》，對(duì)碳達(dá)峰碳中和工作作出了系統(tǒng)謀劃，明確了總體要求、主要目標(biāo)和重大舉措。設(shè)定了推進(jìn)建設(shè)低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系、降低碳強(qiáng)度、提升非化石能源消費(fèi)比重等低碳發(fā)展目標(biāo)。2021年10月26日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》（簡(jiǎn)稱《方案》），提出到2025年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%，單位GDP二氧化碳排放比2020年下降18%的目標(biāo)?！斗桨浮吠瑫r(shí)對(duì)石化與煉油行業(yè)低碳發(fā)展提出了明確的目標(biāo)和措施要求：到2025年國(guó)內(nèi)原油一次加工能力控制在1.0Gt以內(nèi)，主要產(chǎn)品產(chǎn)能利用率提升至80%以上；引導(dǎo)企業(yè)轉(zhuǎn)變用能方式，鼓勵(lì)以電力、天然氣等替代煤炭；調(diào)整原料結(jié)構(gòu)，拓展富氫原料進(jìn)口來(lái)源，推動(dòng)石油化工原料輕質(zhì)化；鼓勵(lì)企業(yè)節(jié)能升級(jí)改造，推動(dòng)能量梯級(jí)利用、物料循環(huán)利用等。

2022年2月，國(guó)家發(fā)展改革委等四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南（2022年版）》，明確提出推動(dòng)煉油行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)，提出的舉措包括推動(dòng)先進(jìn)分離、組分煉油等技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，開(kāi)展重大節(jié)能裝備應(yīng)用推廣，進(jìn)行能量系統(tǒng)優(yōu)化、氫氣系統(tǒng)優(yōu)化等。2022年8月，工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，提出堅(jiān)持把節(jié)約能源資源放在首位，提升利用效率，優(yōu)化用能和原料結(jié)構(gòu)，推動(dòng)企業(yè)循環(huán)式生產(chǎn)，推進(jìn)用能低碳化、智慧化、系統(tǒng)化。

國(guó)家政策為煉油行業(yè)“雙碳”工作提供了明確的戰(zhàn)略指引和方法指南，同時(shí)行業(yè)的低碳發(fā)展也面臨著諸多挑戰(zhàn)。碳達(dá)峰碳中和工作既是一場(chǎng)硬仗，也是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，要圍繞目標(biāo)分階段、分步驟地推進(jìn)相關(guān)工作。

煉油行業(yè)低碳發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

1.煉油產(chǎn)能存在結(jié)構(gòu)性過(guò)剩

近年來(lái)，我國(guó)煉油能力持續(xù)增加，從圖1可以看出2010年至今我國(guó)煉油能力增長(zhǎng)50%以上，2021年達(dá)到910Mt/a。隨著煉油能力的不斷攀升，結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題愈加突出，具體表現(xiàn)為：一是全國(guó)煉油開(kāi)工率比較低，雖然煉油廠開(kāi)工率從2015年的66%增長(zhǎng)至2021年的78%左右，但距發(fā)達(dá)國(guó)家的90%左右的水平還有一定差距；二是煉油規(guī)模偏小，全國(guó)平均煉油規(guī)模為4.58Mt/a，遠(yuǎn)低于世界平均水平的8.12Mt/a；三是成品油和基礎(chǔ)化工品過(guò)剩，但高端化工品嚴(yán)重短缺。在解決結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩、高端化工品生產(chǎn)能力不足的過(guò)程中，需統(tǒng)籌考慮低碳發(fā)展需求。

2.煉油行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求迫切

我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的過(guò)程必將推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)演變，交通運(yùn)輸用能將逐漸被新能源替代，成品油需求近期達(dá)峰后將不可避免地呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，煉油行業(yè)的供需結(jié)構(gòu)性矛盾促使煉油向化工轉(zhuǎn)型。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）預(yù)測(cè)，到2030年世界化工原料占石油需求增長(zhǎng)的比例將超過(guò)1/3，并且這一比例將持續(xù)增長(zhǎng)至50%。

石油加工過(guò)程中，由于目的產(chǎn)品不同、轉(zhuǎn)化深度差異，能源消耗也有較大的差別，這就導(dǎo)致煉油過(guò)程的碳排放存在較大變化。在煉油廠由生產(chǎn)成品油向生產(chǎn)化工品轉(zhuǎn)型過(guò)程中，由于原料轉(zhuǎn)化深度更高，能源消耗和碳排放強(qiáng)度勢(shì)必會(huì)升高。因此在煉油向化工轉(zhuǎn)型過(guò)程中，煉油廠碳排放將面臨較大的挑戰(zhàn)。

3.煉油能量利用效率亟待提升

國(guó)際能源署指出，要實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)的碳中和，要求節(jié)能提效對(duì)全球二氧化碳減排的貢獻(xiàn)率達(dá)到37%。多方測(cè)算表明，節(jié)能與能效提升對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)的貢獻(xiàn)率更是要達(dá)到70%以上。根據(jù)《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南（2022年版）》的通知，截至2020年底，我國(guó)煉油行業(yè)能效優(yōu)于標(biāo)桿水平的產(chǎn)能約占25%，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占20%，節(jié)能降碳改造升級(jí)潛力較大。同時(shí)，我國(guó)煉油企業(yè)的能效水平相較于世界先進(jìn)水平仍然偏低，亟需通過(guò)能量轉(zhuǎn)換、能量利用、能量回收多個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)能量利用效率的提升。

4.技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用有待推進(jìn)

煉油企業(yè)低碳發(fā)展面臨技術(shù)突破和技術(shù)應(yīng)用的雙重挑戰(zhàn)。首先，高碳排放生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺少顯著降碳技術(shù)手段，雖然開(kāi)展了各類碳捕集、封存與利用（CCUS）技術(shù)示范項(xiàng)目，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)性尚需進(jìn)一步提升，規(guī)模化應(yīng)用仍有差距；綠氫、綠電大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)時(shí)機(jī)仍不成熟。其次，受復(fù)雜流程工業(yè)體系制約，低碳單元技術(shù)需要在總流程優(yōu)化的基礎(chǔ)上才能體現(xiàn)最大低碳價(jià)值，新技術(shù)與現(xiàn)有流程耦合難度增大。第三，石化行業(yè)數(shù)字化進(jìn)程相較于其他行業(yè)起步較晚，多能耦合的智慧低碳能源系統(tǒng)在煉油行業(yè)尚未應(yīng)用。

煉油行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

煉油行業(yè)作為我國(guó)交通能源和基礎(chǔ)化工原材料的重要保障行業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，但在此過(guò)程中也排放了大量二氧化碳。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球化學(xué)品和石化行業(yè)溫室氣體排放占總排放量的5.8%，其中3.6%來(lái)自能源使用，2.2%來(lái)自工業(yè)過(guò)程。我國(guó)每年在石油煉制與基礎(chǔ)化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量近600Mt，占全國(guó)碳排放總量近6%，碳減排對(duì)于煉油行業(yè)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)且緊迫的任務(wù)。根據(jù)煉油廠規(guī)模和加工流程的不同，煉油廠碳排放也有較大差別，燃料型煉油廠煉油板塊碳排放強(qiáng)度（加工單位原油的二氧化碳排放量）約為0.15~0.30t/t，煉化一體化煉油廠煉油板塊碳排放強(qiáng)度約為0.20~0.45t/t，煉油行業(yè)的化工轉(zhuǎn)型將導(dǎo)致生產(chǎn)端碳排放大幅升高。但從生命周期來(lái)看，基于化工產(chǎn)品的固碳作用，原油經(jīng)煉化一體化煉沒(méi)廠加工后生命周期碳排放會(huì)大幅降低。

煉油企業(yè)碳排放構(gòu)成

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，煉油企業(yè)迫切需要厘清煉油廠碳排放來(lái)源和排放強(qiáng)度，并在生產(chǎn)方案調(diào)整時(shí)及時(shí)對(duì)碳排放趨勢(shì)做出判斷，以有效監(jiān)控或預(yù)測(cè)煉油廠碳排放情況，從而有針對(duì)性地制定碳減排路線圖。

表1給出了典型煉油企業(yè)的碳排放構(gòu)成，可以看出，燃料型與煉化一體化煉油廠的排放強(qiáng)度相差較大，分別為0.181t/t和0.346t/t，燃料型煉油廠排放強(qiáng)度較低，這主要是因?yàn)槿剂闲蜔捰蛷S流程相對(duì)較短，裝置復(fù)雜度相對(duì)較低。從排放類型來(lái)看，煉化一體化煉油廠的工藝排放顯著升高，這主要是由于在化工轉(zhuǎn)型過(guò)程中催化裂化燒焦和制氫過(guò)程碳排放較高所致。在煉化一體化煉油廠應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰碳中和過(guò)程中，除了應(yīng)用綠色能源與綠氫之外，還要更多地考慮用CCUS技術(shù)解決工藝碳排放的問(wèn)題。

煉油行業(yè)低碳發(fā)展路徑

1.深入推進(jìn)節(jié)能降碳

（1）蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化

煉油廠蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)具有多等級(jí)參數(shù)、多燃料來(lái)源、多產(chǎn)（汽）供（汽）需求和多周期條件等特點(diǎn)，處于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的前端。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化容易受到工藝裝置、其他公用工程、輔助和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，在石化企業(yè)節(jié)能工作中，蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化的節(jié)能效果多體現(xiàn)為電力、蒸汽和燃料氣消耗量的降低，是煉油廠節(jié)能降碳的重要組成部分。

采用流程模擬輔助建立蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)完整數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題并優(yōu)化求解，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽系統(tǒng)設(shè)備調(diào)優(yōu)與動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)化、蒸汽網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及蒸汽平衡配置優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。對(duì)于千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠，通過(guò)開(kāi)展蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化，每年可降低二氧化碳排放30~100kt。中國(guó)石化金陵分公司綜合考慮蒸汽產(chǎn)、輸、用3個(gè)環(huán)節(jié)，搭建動(dòng)力站和蒸汽管網(wǎng)模型，經(jīng)過(guò)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化后發(fā)電量增加7227kW，節(jié)省低壓蒸汽30t/h，每年實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排量約55kt。全廠蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目在中國(guó)石化勝利油田有限公司石油化工總廠推廣應(yīng)用后節(jié)省蒸汽消耗10t/h，實(shí)現(xiàn)年增經(jīng)濟(jì)效益500多萬(wàn)元，每年實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排量近20kt。

（2）低溫余熱高效利用

低溫余熱是生產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部熱量回收后仍無(wú)法利用的熱量，其本質(zhì)是來(lái)源于燃料熱能的轉(zhuǎn)化，合理利用和回收低溫余熱是節(jié)能降碳的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)估算，中國(guó)煉化企業(yè)80~150℃中低溫位余熱資源量為20~30GW。

為提升煉油廠低溫余熱的利用效率，可結(jié)合流程模擬和計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行診斷與分析，按照“溫度對(duì)口、逐級(jí)利用”原則，基于全廠蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)平衡開(kāi)展全廠低溫?zé)豳Y源綜合優(yōu)化、。對(duì)于千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠，通過(guò)低溫余熱高效利用技術(shù)開(kāi)展優(yōu)化，即使低溫?zé)峄厥绽寐手惶嵘?0%，全廠綜合能耗即可降低2%左右，全廠二氧化碳排放可降低40kt/a左右。表2給出了某5.0Mt/a煉油廠低溫?zé)醿?yōu)化后的節(jié)能和降碳效果。從表2可以看出，經(jīng)過(guò)低溫?zé)醿?yōu)化后蒸汽、燃料氣以及電的消耗均有不同程度的降低。

（3）換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化

換熱網(wǎng)絡(luò)在煉油廠能量回收利用中扮演著至關(guān)重要的角色，提高換熱效率是煉油廠節(jié)能降碳、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化可采用夾點(diǎn)分析與數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合的方法，對(duì)全廠及單裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行嚴(yán)格模擬，對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展詳細(xì)診斷與彈性分析，結(jié)合裝置用能特點(diǎn)和限制條件，提出操作優(yōu)化與改造優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)能量介質(zhì)的優(yōu)化分配和綜合利用。此外，通過(guò)搭建換熱網(wǎng)絡(luò)智能優(yōu)化平臺(tái)，可針對(duì)不同煉油廠的工藝及優(yōu)化目標(biāo)，自動(dòng)生成換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，提供經(jīng)濟(jì)效益更佳的節(jié)能增效方案。

換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化技術(shù)能夠廣泛運(yùn)用于煉油廠各裝置及全廠裝置間熱聯(lián)合，通過(guò)提高能量利用效率，減少加熱爐燃料氣及蒸汽消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。以千萬(wàn)噸級(jí)常減壓蒸餾裝置為例，通過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化可降低裝置能耗1~3kgOE/t（1kgOE＝41.868MJ），減少CO2排放20~50kt/a，經(jīng)濟(jì)效益增加1500~3000萬(wàn)元/a。中國(guó)石化濟(jì)南分公司通過(guò)采用換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化技術(shù)，對(duì)其常減壓蒸餾裝置進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)換熱終溫提高5℃，并使得加熱爐負(fù)荷降低6.58%。國(guó)內(nèi)某企業(yè)的常減壓蒸餾裝置通過(guò)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，使得換熱網(wǎng)絡(luò)終溫提高10℃，降低裝置能耗0.7kgOE/t，經(jīng)濟(jì)效益增加約126萬(wàn)元/a。

2.提升資源利用效率

（1）優(yōu)化原油供給

原油是煉油廠最主要的原料，原油成本約占煉油總生產(chǎn)成本的90%，因此原油的合理選擇與利用在煉油廠中起著重要的作用。原油資源高效利用一方面可通過(guò)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)，另一方面需要合理進(jìn)行原油選擇和加工方案的調(diào)整。開(kāi)發(fā)符合煉油廠生產(chǎn)實(shí)際的優(yōu)化模型，開(kāi)展原油選擇及生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化，結(jié)合煉油工藝模型進(jìn)行總流程優(yōu)化，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化的同時(shí)，還可對(duì)煉油廠碳資產(chǎn)進(jìn)行高效管理。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，原油性質(zhì)的變化對(duì)全廠能耗和碳排放的影響顯著。以某千萬(wàn)噸級(jí)加氫型煉油廠為研究對(duì)象，基于企業(yè)實(shí)際加工的原油種類，設(shè)置不同原油結(jié)構(gòu)的對(duì)比方案，考察了原油性質(zhì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程能耗與碳排放帶來(lái)的影響，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，隨著原油輕質(zhì)化、低硫化，全廠能耗和碳排放均呈降低趨勢(shì)，且降幅顯著。

（2）分子煉油（組分煉油）

分子煉油（組分煉油）是提升石油煉制效率、降低煉油能耗的可行路線，其核心是采用先進(jìn)的分離技術(shù)對(duì)原油或其不同餾分進(jìn)行烴組分分離，然后對(duì)分離后的組分進(jìn)行煉制。

以10Mt/a原油直接催化裂解最大化生產(chǎn)化工產(chǎn)品為常規(guī)方案，如圖2所示，原油經(jīng)催化裂解裝置加工后，裂解干氣、液化氣和汽油經(jīng)后續(xù)裝置加工分離出乙烯、丙烯、Ｃ4液化氣和三苯（苯、甲苯、二甲苯，BTX）產(chǎn)品，裂解柴油經(jīng)柴油芳烴型改質(zhì)（RLA）裝置加工后，改質(zhì)汽油經(jīng)芳烴抽提分離出三苯產(chǎn)品，改質(zhì)柴油回?zé)捴链呋呀庋b置。

同樣以10Mt/a原油加工規(guī)模煉油廠為例，采用組分煉油理念設(shè)計(jì)如圖3所示加工流程。原油經(jīng)分餾裝置得到輕、中、重3個(gè)餾分，然后分別通過(guò)各組分分離裝置分離出飽和分進(jìn)入催化裂解裝置加工；輕餾分非飽和分經(jīng)加氫抽提生產(chǎn)三苯產(chǎn)品，中餾分非飽和分經(jīng)加氫后進(jìn)行催化裂解，重餾分非飽和分進(jìn)入焦化裝置加工；催化裂解干氣、液化氣和汽油經(jīng)后續(xù)裝置加工分離出乙烯、丙烯、Ｃ4液化氣和三苯產(chǎn)品，催化裂解柴油和中餾分非飽和分進(jìn)入循環(huán)油加氫－催化裂解裝置加工，可產(chǎn)出甲基萘油和蒽油。

對(duì)前述常規(guī)方案和組分煉油方案分別開(kāi)展總流程研究并進(jìn)行產(chǎn)品分布對(duì)比，組分煉油方案中乙烯、丙烯和三苯產(chǎn)品的產(chǎn)量均比常規(guī)方案高；同時(shí)通過(guò)將非飽和分從催化裂解裝置原料中分離出來(lái)，使得組分煉油方案的催化裂解燒焦總量低于常規(guī)方案。在原油60美元/bbl（1bbl≈159Ｌ）的價(jià)格體系下對(duì)比兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)現(xiàn)組分煉油方案的產(chǎn)品產(chǎn)值高于常規(guī)方案，雖然組分煉油方案噸油操作成本和建設(shè)投資折舊均高于常規(guī)方案，但其噸油毛利仍比常規(guī)方案提高185元?；诮M分煉油方案中催化裂解裝置燒焦量的降低，使得組分煉油方案的總碳排放量較常規(guī)方案降低445.7kt/a，同時(shí)由于組分煉油方案產(chǎn)品產(chǎn)值的提高，其萬(wàn)元產(chǎn)值碳排放強(qiáng)度較常規(guī)方案降低0.26t，降幅達(dá)9.2%。

（3）氫氣資源高效利用

隨著原油劣質(zhì)化趨勢(shì)加劇、節(jié)能環(huán)保指標(biāo)日益嚴(yán)格、化工轉(zhuǎn)型需求迫切，煉化企業(yè)氫氣需求量逐年遞增，用氫成本不斷攀升，已成為煉化企業(yè)僅次于原油的第二大成本要素。然而，制氫裝置成本高昂（每噸氫氣成本為1~2萬(wàn)元），能耗巨大（平均綜合能耗為1000kgOE/t以上），且碳排放量大（天然氣制氫的碳排放約為11t/t）。因此，對(duì)煉油廠氫氣系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)與優(yōu)化改造以提高氫氣利用率，是煉化企業(yè)節(jié)能降碳、挖潛增效的重要途徑。

要實(shí)現(xiàn)氫氣資源的高效利用，煉化企業(yè)需將用氫理念從粗放式氫氣平衡過(guò)渡到精細(xì)化氫氣管理，從制氫裝置原料優(yōu)化、臨氫裝置節(jié)氫管理、氫氣資源回收利用和氫氣網(wǎng)絡(luò)整合優(yōu)化4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手開(kāi)展氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氫氣資源的梯級(jí)高效利用和精細(xì)管理，提高系統(tǒng)氫氣利用效率，最大程度降低氫耗、系統(tǒng)能耗和二氧化碳排放，助力企業(yè)低碳高質(zhì)量發(fā)展。

氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)路線包括：

①利用氫夾點(diǎn)分析技術(shù)，診斷煉油廠氫氣系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀況，挖掘系統(tǒng)用氫瓶頸，深度分析節(jié)氫潛力及優(yōu)化方向；

②對(duì)用氫裝置進(jìn)行嚴(yán)格模擬，開(kāi)展耗氫裝置節(jié)氫管理，實(shí)現(xiàn)氫氣網(wǎng)絡(luò)與用氫裝置協(xié)同優(yōu)化，集成優(yōu)化氫氣分配網(wǎng)絡(luò)和加氫裝置最佳操作條件；

③構(gòu)建氫氣網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，在實(shí)際約束限制下優(yōu)化氫氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型可綜合考慮壓力約束、邏輯限制、提純和壓縮單元數(shù)學(xué)模型、投資成本和回收期等約束，以年度總成本最小為目標(biāo)函數(shù)，充分權(quán)衡節(jié)氫量、投資成本和運(yùn)行成本三者之間的關(guān)系；

④結(jié)合煉油廠總圖布置，考慮管網(wǎng)壓力、區(qū)域加氫裝置氫氣消耗特點(diǎn)，綜合權(quán)衡工程投資成本和操作運(yùn)行成本，充分依托現(xiàn)有氫氣管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化。

對(duì)于千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠，氫氣系統(tǒng)優(yōu)化后預(yù)計(jì)可提高氫氣利用效率2%~5%，每年可降低二氧化碳排

放20~50kt，增加經(jīng)濟(jì)效益約3000~6000萬(wàn)元/a。

3.深入調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

隨著“雙碳”政策的逐步深化，必將推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)重大改變，石油作為主要能源供給的地位逐漸淡化，其功能將由主要生產(chǎn)交通燃料向生產(chǎn)化工品轉(zhuǎn)變。如表4所示，雖然化工型煉油廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放大幅增加，但其全生命周期碳排放強(qiáng)度降幅超過(guò)50%。若未來(lái)生產(chǎn)過(guò)程的用電排放、燃料燃燒排放以及工藝排放采用綠電、電氣化加熱和CCUS等技術(shù)給予解決，則煉油產(chǎn)業(yè)可實(shí)現(xiàn)生命周期零碳排放。化工型煉油廠具有全生命周期低碳特征，是煉化企業(yè)的低碳發(fā)展方向。

4.大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)

（1）廢塑料化學(xué)循環(huán)

作為煉油行業(yè)的下游產(chǎn)品，塑料在我國(guó)的年產(chǎn)量達(dá)到95Mt，同時(shí)每年也有63Mt的廢塑料產(chǎn)生。目前我國(guó)的廢塑料中1/3通過(guò)物理回收處理，1/3通過(guò)焚燒處理，還有1/3采用填埋處理，傳統(tǒng)的處理方式不僅帶來(lái)土地的大量占用與污染，還會(huì)產(chǎn)生大量CO2。廢塑料化學(xué)循環(huán)作為近年來(lái)備受關(guān)注的新興技術(shù)，不僅可以降低廢塑料處理過(guò)程的碳排放與新塑料生產(chǎn)的碳足跡，還可以大大緩解我國(guó)原油的對(duì)外依存度。

中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)了廢塑料熱解（RPCC）技術(shù)并完成中試驗(yàn)證，基于石油基煉油廠耦合廢塑料化學(xué)利用開(kāi)展了煉油廠碳排放與產(chǎn)品碳足跡的研究，結(jié)果如表5和表6所示。

從表5和表6可以看出，廢塑料油替代原油在燃料型煉油廠進(jìn)行加工，其加工過(guò)程碳排放降低58.9%；當(dāng)廢塑料油最大化生產(chǎn)聚烯烴時(shí)，聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)品的碳足跡（單位聚烯烴二氧化碳排放量）分別為1.48和1.17t/t，與原油基聚烯烴相比分別降低26.4%和24.0%。無(wú)論是以廢塑料為原料生產(chǎn)油品，還是廢塑料化學(xué)循環(huán)生產(chǎn)聚烯烴，碳排放和產(chǎn)品碳足跡都會(huì)大幅降低，減排效果明顯。

（1）生物質(zhì)能源技術(shù)

石油資源是不可再生資源，且在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的凈二氧化碳排放，面對(duì)石油資源和環(huán)境的雙重危機(jī)，科學(xué)家們將目標(biāo)轉(zhuǎn)向可再生資源。

生物油脂作為可持續(xù)原料的重要組成部分，目前依然是生物噴氣燃料的主要來(lái)源，油脂原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理脫除部分雜質(zhì)后進(jìn)行加氫處理反應(yīng)，在加氫處理反應(yīng)過(guò)程中脫除原料中的O、S、N及其他雜原子，然后通過(guò)加氫轉(zhuǎn)化制備出生物噴氣燃料組分，其組成與傳統(tǒng)噴氣燃料相近，按照目前的標(biāo)準(zhǔn)要求，生物噴氣燃料最大調(diào)合比例可達(dá)50%，并且使用生物噴氣燃料無(wú)需對(duì)飛機(jī)現(xiàn)有燃油和動(dòng)力等系統(tǒng)進(jìn)行改造?；诓煌脑虾图庸み^(guò)程，生物噴氣燃料的減排效果有所差異。根據(jù)測(cè)算，相對(duì)于石油基噴氣燃料，采用廢棄油脂生產(chǎn)的噴氣燃料全生命周期二氧化碳減排幅度為67%~94%。

微藻是能夠進(jìn)行光合作用的單細(xì)胞生物，能夠?qū)⒍趸寂c無(wú)機(jī)氮以極高的效率轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳（主要為糖類與脂質(zhì)）和有機(jī)氮（主要為蛋白質(zhì)），具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。微藻一方面能夠?qū)崿F(xiàn)“加法”，生產(chǎn)大量富含脂肪與蛋白質(zhì)的生物質(zhì)；另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)“減法”，將化石能源應(yīng)用釋放的二氧化碳與NOx進(jìn)行吸收與固定，助力碳達(dá)峰、碳中和與大氣污染治理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。以3400畝的規(guī)模開(kāi)展微藻養(yǎng)殖，每年能夠吸收10kt二氧化碳，同時(shí)生產(chǎn)約5400t高蛋白微藻生物質(zhì)，市場(chǎng)價(jià)值可達(dá)7000萬(wàn)元。

5.二氧化碳資源化利用

CCUS技術(shù)是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，因其可消納、轉(zhuǎn)化大量二氧化碳被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效且必要手段。根據(jù)國(guó)際能源署數(shù)據(jù)，CCUS消納的二氧化碳可能占到2050年所需二氧化碳減排總量的1/6。其中二氧化碳資源化利用主要包括二氧化碳制燃料、化學(xué)品等。

二氧化碳加氫可以獲得具有更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的多碳有機(jī)化合物，其中二氧化碳加氫直接制備噴氣燃料被認(rèn)為是一項(xiàng)顛覆性戰(zhàn)略技術(shù)?；谛卵芯坎呗缘男滦筒牧虾痛呋瘎┰O(shè)計(jì)與催化體系構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，石科院組合式高效二氧化碳加氫制噴氣燃料成套技術(shù)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率41.6%、煤油餾分選擇性51.1%的水平。與石油基噴氣燃料相比，二氧化碳加氫制噴氣燃料噸油全生命周期碳減排近3t，以我國(guó)目前噴氣燃料消費(fèi)量33Mt/a計(jì)，即使以10%替代，每年可實(shí)現(xiàn)碳減排約10Mt。

二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)既可實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化利用，又可將風(fēng)能、太陽(yáng)能制備的綠電轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)可運(yùn)的化學(xué)能，是一種綠色低碳的儲(chǔ)能技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要技術(shù)支撐。二氧化碳和綠氫反應(yīng)制1t甲醇可減排2t二氧化碳，與煤制甲醇相比，以我國(guó)目前甲醇產(chǎn)量97Mt/a計(jì)，即使以10%的替代，每年可實(shí)現(xiàn)碳減排約20Mt。

6.綠氫煉化

根據(jù)世界能源理事會(huì)的報(bào)告，氫氣按照生產(chǎn)來(lái)源可分為“灰色”、“藍(lán)色”和“綠色”?；覛渲饕莵?lái)自化石燃料，基于不同的制氫原料，采用傳統(tǒng)工藝制氫過(guò)程的碳排放約為10~23t/t。藍(lán)氫是通過(guò)化石燃料制取的氫氣，但對(duì)制氫過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳實(shí)施了捕集和封存。綠氫是通過(guò)綠電電解水制備出的氫氣，制氫過(guò)程沒(méi)有碳排放，但目前成本相對(duì)較高。

2020年，我國(guó)氫氣產(chǎn)量超過(guò)25Mt，其中煉油與化工過(guò)程占據(jù)25%的用氫份額，隨著產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)以及煉油行業(yè)的轉(zhuǎn)型，氫氣需求量還將逐漸上升。由于綠氫生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生碳排放，綠氫煉化將是實(shí)現(xiàn)煉油行業(yè)深度脫碳的重要途徑之一。中長(zhǎng)期看，隨著碳減排的需求增加和綠氫技術(shù)進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)性提升，氫能供給結(jié)構(gòu)將從以化石能源為主的高碳排放氫逐步過(guò)渡到以可再生能源為主的綠氫。以千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠為例，若原料用氫全部被綠氫替代，每年可降低煉油廠碳排放2.0Mt以上。

7.推進(jìn)智能煉油廠實(shí)施

2021年12月28日，工業(yè)和信息化部等八部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》。其中明確指出：到2025年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)大部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)初步應(yīng)用智能化；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化；支持企業(yè)依托標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展智能車間/工廠建設(shè)，以“鼎新”帶動(dòng)“革故”，提高質(zhì)量、效率和效益，減少資源、能源消耗，暢通產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈，助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同和智能化變革，是當(dāng)前煉油行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。智能煉油廠的建設(shè)，應(yīng)立足行業(yè)本質(zhì)、緊扣智能特征，以生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以工藝裝備的模擬為途徑，以上下協(xié)同的優(yōu)化為核心，實(shí)現(xiàn)工藝流程優(yōu)化、資源高效配置和智慧決策支持。實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)（RTO）是促進(jìn)煉油廠生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度排產(chǎn)、操作優(yōu)化、實(shí)時(shí)控制縱向集成的核心環(huán)節(jié)，能夠根據(jù)原料性質(zhì)、產(chǎn)品指標(biāo)和市場(chǎng)需求等因素的變化，實(shí)時(shí)優(yōu)化裝置操作條件，確保生產(chǎn)裝置在全局最優(yōu)工況下運(yùn)行。基于實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，在不增加重大設(shè)備投資的情況下，可充分挖掘現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的運(yùn)行潛力，使主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)同類裝置的先進(jìn)水平，有效實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、增產(chǎn)、節(jié)能、降耗的目標(biāo)，助力企業(yè)安全高效、綠色低碳的發(fā)展進(jìn)程。

以千萬(wàn)噸級(jí)石化企業(yè)中常減壓蒸餾裝置為例，通過(guò)應(yīng)用實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)，輕油收率可提高1%-3%，綜合能耗降低1-2kgOE/t，二氧化碳排放量減少20-40kt/a，經(jīng)濟(jì)效益提高1500-8000萬(wàn)元/a。

結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家政策為石化行業(yè)“雙碳”工作提供了強(qiáng)有力的戰(zhàn)略指引和方法指南，但同時(shí)煉油行業(yè)也面臨著低碳發(fā)展的諸多挑戰(zhàn)。煉油行業(yè)作為復(fù)雜的流程工業(yè)體系，在碳減排過(guò)程中面臨基礎(chǔ)數(shù)據(jù)弱、制約因素多、減排任務(wù)重等多重問(wèn)題。煉油產(chǎn)能存在結(jié)構(gòu)性過(guò)剩，煉油能量利用效率亟需提升，技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用有待推進(jìn)。

煉油行業(yè)低碳發(fā)展需要統(tǒng)籌整體與局部、平衡發(fā)展與減排、立足短期與長(zhǎng)期，通過(guò)節(jié)能技術(shù)、原油與氫氣資源高效利用、先進(jìn)煉油單元技術(shù)、基于組分煉油的流程再造、可再生資源利用、資源循環(huán)利用、智能煉油廠、綠氫煉化、CCUS等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)煉油行業(yè)的可持續(xù)低碳發(fā)展。

轉(zhuǎn)載自：化工好料到haoliaodao.com

來(lái)源：中國(guó)化工信息周刊