双碳之下，炼化企业如何减碳？- 大数跨境

首页

双碳之下，炼化企业如何减碳？

中科汇融

2022-04-06

导读：导言：炼化业务是保障油气田后路畅通和满足油品、化工品终端需求的关键环节，是推动我国经济高质量发展的关键产业之

导言：

炼化业务是保障油气田后路畅通和满足油品、化工品终端需求的关键环节，是推动我国经济高质量发展的关键产业之一，但同时又是能耗大户。在“双碳”目标下，炼化企业如何选择降碳路径？如何把握经济效益和环保效益之间的关系？

政策经济技术“三管齐下”稳妥有序安全降碳

文/崔翔宇安全环保院大气污染防治技术专家

随着温室气体排放指标进入硬约束时代，炼化企业严控碳排放成为重要要求。“十四五”期间仍然是炼油和化工产能建设的投资高峰期，预测到2025年，我国炼油加工规模将接近年10亿吨，乙烯装置年产能将超过6300万吨，均跃居全球第一位。

预计2030年后，石油占能源结构比例开始下降，但化工品需求将大幅增加。产品由燃料型向化工型转变，亟须解决燃料油产能过剩、高端化工产品自给率偏低等问题。这意味着从碳达峰至碳中和阶段，企业进入快速转型发展期，化工产品需求增加和行业碳排放“双控”的矛盾日益突显。

2021年以来，国家、地方和行业先后密集出台相关指导意见和监管要求，多数大中型企业均研究和编制了碳达峰碳中和实施方案。以绿色、低碳、数字化转型为重点，加快推动石油和化工行业建立高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系，提升石化产业绿色低碳发展水平和可持续发展能力。

对于“存量”部分的降碳策略，即现有工艺路线、产品和生产设施。一是空间布局上协同集聚，低效产能有序退出，加快淘汰落后机电产品和技术，推动新旧动能转换。二是持续加强节能降耗，实施能源系统优化、过程强化与节能技术改造，包括全厂用能平衡优化、能源梯级利用、提高余热（余压）利用率、公用工程系统优化等。三是开展全面节能诊断，开展重点用能设备节能管理，能效达到标杆水平的产能比例要超过30%，低于基准水平则限期整改或淘汰等。

对于“增量”部分，即“减油增化”等产品调整和能源结构调整等深度转型。一是高品质产品升级，推动产品多元化发展，积极拓展下游产业链深加工，以及围绕以氢能为代表的回收、生产、供应等。二是实施清洁能源替代，提升以“绿电”为代表的新能源比重，推动电气化改造，提高绿电消纳比例。三是大力推进以二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）为代表的减碳/负碳技术，抵消化石燃料与过程碳排放。

炼化行业碳中和目标实现所依赖的技术主线，即首以节能提效、继以绿电等清洁能源替代、辅以CCUS等技术托底。在国家层面上，涉及不同区域、不同时段及不同产业的复杂协作，而对于企业个体而言，则在成本、技术、环保等方面存在诸多不确定或不明朗。这些因素交织在一起，相互影响制约，企业面对艰难挑战与重大抉择。

从经济角度看，如何在满足碳减排目标下使生产成本最低且实现效益，是需要考量的关键问题。比如，技术研发需要多少前期资金投入，新能源新材料成本几何、供应是否充足，碳价与交易成本能否承受等。

从技术角度看，对于路径选择的备选方案不足。国际上提出多种不同的碳中和实现路径，例如以氢能为核心、生物质燃料、碳一循环等。主攻其一则要承担机会成本和失败风险，多条战线作战则精力分散且易顾此失彼，企业面临两难选择。

从环保角度看，现阶段容易忽视的是，能源与化工商品的供给总量其实并未减少，但形势发生显著变化。如何解决新能源新工艺对生态和环境造成的压力，还缺少系统策略与技术保证。

炼化行业是与油气供应和消费联系最紧密的行业。对于具有石油生产、炼制和化工上中下游一体化优势的企业来说，降碳具有一定的综合经济效益可行性，也易于将低碳管控与生产运行相结合。

炼化企业要深刻认识碳达峰碳中和工作的重要性、紧迫性、长期性、复杂性，切实担负起转型升级的发展责任。要做到稳妥有序、安全降碳，需要政策、经济、技术“三管齐下”。

从政策上，要强化产业政策标准协同，加大配套监督管理力度，建立科学统一高效的设备能效与节能量评定规范，及基于工艺流程和产品的碳排放核算与上报标准，合理明确各阶段各企业降碳目标，使全行业都纳入规范协调的统一管理与指导。

从经济上，作为从源头控制碳排放的最有效路径，建立炼化固定资产投资项目碳排放审查制度，适时适度逐步推进碳交易或开征碳税，利用经济杠杆“指挥”企业投资与运营行为，利用财政补贴等手段扶持新兴低碳产品与技术尽快实现产业化。

从技术上，现有商业化技术在提效与减排方面的“加速度”或增幅有限，难以满足碳中和目标，因此需要更加注重基础性研究，加大颠覆性革命性技术的布局和投入。同时，扩大技术合作的广度和深度，加强不同领域、不同层级、方式更加灵活的合作共赢。（安全环保院袁波、徐文佳、聂凡对本文亦有贡献）

炼化碳减排要与转型升级高质量发展紧密融合

随着转型升级的深入和乙烯等产能规模不断扩大，2030年以前，石化工业二氧化碳排放总量仍呈增长趋势。我国已明确提出，推动石化等工业2030年前碳达峰，因此石化工业碳减排急不得也等不得。根据相关机构预测，在“双碳”目标下，2030年以前，我国石化工业二氧化碳排放总量年均增幅要控制在4%左右，才能基本满足国家碳达峰碳中和的节奏和步伐。

由于炼化生产过程特性，本身需要消耗大量能源，因能源消耗带来的二氧化碳排放占企业二氧化碳总量的90%以上。当前，炼化业务既面临着转型升级带来能耗和二氧化碳排放量增加的巨大压力，又存在着发展高端新材料、绿色石化产品、生物能源、氢能、CCUS等产业的机遇；既存在着装置陈旧等制约节能降碳的瓶颈问题，也存在着节能提效、清洁替代、二氧化碳捕集利用等节能降碳潜力。炼化企业碳减排需要与转型升级和高质量发展紧密融合，从源头入手、从过程发力、强化末端治理，打造炼化碳减排“组合拳”。

总体而言，炼化企业的降碳路径可分为以下几类。

一是节能提效类。按照《产业结构调整指导目录》等规定，逐步淘汰工艺落后、能效低、排放高、效益差的产能，向新材料、新能源、新业务等绿色低碳转型。打破装置壁垒，“按照高质高用、低质低用、梯级利用”原则，深化装置间热供料热联合、换热网络集成优化、工艺侧与公用工程协同优化、余热余压有效回收利用；降低燃煤锅炉供热负荷；降低重油加工全流程能耗；回收利用富氢气体中的氢气，降低制氢能耗和过程排放。回收炼厂干气中乙烷乙烯组分作为乙烯装置原料，提高乙烯收率，降低乙烯能耗。减少催化烧焦碳排放；推广应用新工艺、新技术、新设备、新材料。

二是清洁替代类。按照“零碳、低碳”能源替代“中碳、高碳”能源的思路，在技术经济可行的前提下，实施燃气锅炉替代燃煤锅炉改造工程，严禁重油、液化气作为燃料消耗。随着网电清洁化进程，逐步提高终端电气化率。开展电加热蒸汽裂解炉技术和装备研发，着力破解电气化率提升瓶颈。基于现有装置，开展生物航煤、生物柴油等生产技术研发示范，降低油品全生命周期碳足迹。提高清洁能源自产自供能力，有效控制化石能源消耗。

三是源头控制类。强化规划碳排放影响评价，优化规划布局、产业结构与实施时序，统筹考虑新建、改扩建项目规模和低效产能淘汰转型，将低效产能淘汰转型作为新建、扩建重大项目实施存量减量置换的措施。在可行性研究和设计阶段，一是加强原料资源、工艺技术方案低碳化设计和炼化产品结构优化，增产基本有机化工原料和有机合成材料，实现固碳。二是加强先进节能降碳技术集成应用，确保项目能效和排放绩效先进。三是加强能源结构清洁化，尤其是新建、扩建重大项目应加大与地方政府、新能源企业沟通合作力度，提高清洁电力消纳比例。

四是二氧化碳移除类。随着二氧化碳低成本高效捕集技术进步，按照先中高浓度、后低浓度的顺序，阶梯式、递进式开展二氧化碳捕集与资源化利用。率先开展制氢装置解吸气、环氧乙烷装置二氧化碳解吸塔顶气等中高浓度碳源二氧化碳捕集，同时加大低浓度碳源低成本高效捕集技术研发示范。二氧化碳主要利用途径包括用于周边油田驱油埋存，作为尿素、甲醇等化工原料，外售制作干冰等。加快开展二氧化碳生产聚碳酸酯多元醇、可降解塑料PPC、碳酸二甲酯等化工利用技术研发示范。

五是管理提升类。加快创建科学的排放强度对标指标体系和统计标准，规范固定资产投资项目碳减排评估制度和评估报告编制，完善二氧化碳统计核算方法，提升碳资产管理能力。与人工智能、大数据、先进控制等信息技术深度融合，结合炼化数字化转型升级，构建具备能耗及碳排放在线监测、在线统计分析、对标分析、在线优化等功能的数字化、模型化、自动化和智能化的能源和碳排放一体化管控平台，实现能源利用最优化、低碳化，促进经济效益最大化。

1炼化企业降碳难点和重点在哪里？

锦州石化副总工程师、规划计划处处长张铁柱：当前，炼化企业降碳应重点关注和解决三类典型难题。一是碳排放统计与核算问题。应健全碳排放系统核算体系，建设高水平碳排放统计核算队伍，制定实施细则。二是技术投资与效益回笼的平衡问题。影响成本与收益的因素较多，投资回报率变化较大，应加强大局意识。三是节能减排与硬件的矛盾问题。受限于大量老旧设备，节能减排空间缩减，应持续开展能效对标和能效提升工作，加大节能投资力度，进行系统性节能改造，增加可替代清洁能源。优化汽电平衡，减少火电比例，降低自备电厂负荷，从而减少碳排放。

辽阳石化科技与规划发展处处长赵纯革：首先，炼化行业碳排放总量较大，实现碳达峰碳中和时间紧、任务重。炼化企业需要在全方位提升能源供给保障能力的基础上，瞄准化石能源清洁化、清洁能源规模化、生产过程低碳化，加速打造低碳竞争力。其次，节能低碳技术的升级步伐需要加快，加强能源消费总量和强度控制，瞄准减污降碳、节能降耗开展技术攻关，加快改造升级和淘汰步伐，提高炼化装置能效达标比例和能源利用效率。第三，科技创新支撑“双碳”力度不够。新工艺研发缓慢，新技术工业化应用比例相对较低，亟须提升低碳技术创新驱动力。

大庆石化质量安全环保处环保管理高级主管于丽：推广应用先进绿色低碳技术装备是提升生产运行能效水平的关键，炼化企业应主动对标各项要求，应用大型反应器、裂解炉、气化炉、压缩机、换热器等高效节能设备，优化热泵、热夹点、热联合、电气化等关键耗能过程，推动炼化产业绿色低碳转型。以大庆石化为例，从排放源类型看，二氧化碳排放源主要包括燃料燃烧排放、工业生产过程排放、电力和蒸汽间接排放，降碳难点在于燃料煤消耗量较大。炼化企业降碳重点在于优化结构，降低燃料消耗量。

2兼顾经济和环保效益可选择哪些有效举措？

长庆石化总经理助理兼生产运行处处长尉勇：炼化企业要完成降碳目标，必须立足客观实际，全面梳理碳排放与生产经营、环保、效益的关系，找准企业自身碳达峰碳中和的发展路径。针对碳排放量与能耗高度关联的实际，通过系统优化建立科学用能的能源管理体系，严管用能过程，不断实现能耗与实物量硬下降。建立兼顾环保、节能、效益的技术路线，推进VOC+工艺炉燃烧、加热炉低氧优化等技术应用，避免重新建设的问题。

坚持内外双点突破，打造低碳发展新模式。一方面，要打破长期以来形成的内部用能习惯与惯性，要既保安全绿色生产，又保节能低碳生产；既要做好从炼油装置到工艺单元、设备及每一个工艺参数的详细对标分析，优化能效薄弱环节，又要开展技术创新，研究科学用能原理、流程模拟技术和节能创新技术。另一方面，要打破围墙工厂概念，以区域低碳化为目标，立足炼化企业大量低温余热的工艺特点，建立外输能源减碳循环经济的发展模式。

吉林石化安全环保处处长李云龙：以吉林石化为例，在转型升级项目总体方案制定、装置工艺路线确定、公用工程方案优化等方面，采取多种措施控制和减少二氧化碳排放增量。一是通过“以新带老”，停运规模小、能耗高、排放量大的装置。二是提升电气化率，在拟建主要装置HDPE、乙丙橡胶、顺丁橡胶、ABS装置使用能源中，大量配置电作为一次能源，减少其他能源消耗。三是成立“双碳”办公室，统筹协调减污降碳相关工作，布局源头管控、过程降碳、末端固碳。四是与吉林油田合作，积极推进合成氨装置二氧化碳提纯CCUS项目实施，发展绿色低碳产业，打造绿色低碳供应链，推动产业结构转型升级。

四川石化技术处处长田亮：从石化企业自身来讲，降碳途径主要有四个方面。一是提高石化企业的用能效率。通过提效实现生产过程降碳，推广高效换热和低温余热利用等新技术。二是调整石化企业的用能结构，提高石化企业绿色低碳能源利用比例。三是进行碳分离和资源化利用。通过分离利用高浓度二氧化碳，作为原料合成碳酸酯类、低碳醇类和低碳烯烃类成品。此外，捕捉的二氧化碳还可以直接用于蔬菜水果保鲜、制冷、消防、气体保护等领域。四是发展碳捕集与封存技术。可以联合上游油气田进行二氧化碳驱油驱气技术开发，或研究二氧化碳地下埋存。将石化企业放在整个能源化工系统来看，还应该考虑加快开发经济可靠的生物燃料和塑料等化工产品绿色循环利用技术，降低社会对化石燃料和化工产品需求的强度和总量。

3把握好降碳节奏和力度需要考量哪些因素？

兰州石化安全环保处副处长、安全环保监督中心主任刘辉：炼化企业降碳要处理好四对关系，即发展和减排的关系、整体和局部的关系、长远目标和短期目标的关系、企业和市场的关系。

不能搞齐步走、“一刀切”和一拥而上。要根据市场需求和企业实际，把握好降碳节奏和力度。炼化企业降碳途径主要包括三个方面：一是围绕控油增化调结构，二是围绕节能降耗抓管理，三是围绕绿色产品搞开发。

控油增化，既要调研化工产品的市场需求，又要保障油品供应，满足国民经济整体发展需要。节能降耗，要合理确定目标，稳中求进，小步快跑，实事求是，循序渐进，不断刷新指标。不能简单关停，盲目减排，要考虑企业实际和长远发展。绿色低碳产品开发，要坚持统一布局，统筹协调，分步实施，加强市场引导，保障产销同步。要通过降碳取得经济效益，推动企业和社会可持续、高质量发展。

独山子石化安全质量环保处副处长司建辉：炼化企业降碳工作要以高质量发展为核心，以科技创新为引领，强化源头控制，加快业务转型，深化节能提效，推进清洁替代，加强回收利用，持续提升减排创效能力。

降碳工作需要循序渐进，要经历“清洁替代、战略接替、绿色转型”三个阶段。清洁替代的实现，要从新建项目源头控制、节能提效、蓝氢替代灰氢、电力替代、乙烷乙烯回收等方面着手。战略接替的实现，要从能源智能管控建设、天然气部分替代锅炉燃煤、绿氢接替蓝氢、加快电力替代、低浓度碳源二氧化碳捕集利用等方面着手。绿色转型的实现，要从自备电厂绿电转型、建设绿色微电网、取消燃煤锅炉、推广可再生电力加热炉、削减低效高排放产能、逐步扩大CCUS规模、开拓西北地区氢能市场等方面着手。

短期内，要利用模型优化装置操作条件、加工路线和产品结构，有效识别和评估优化增效方案，在产品优化的同时实现能源高效率利用。在乙烯裂解炉技术改造方面，可采用激光气体分析仪工艺，实现低氧燃烧控制，增加辐射段炉管运行状态检测仪，实时掌控炉管运行情况。