炼厂如何适应双碳转型前景

面对全球气候变暖挑战，调整产业结构、控制温室气体排放、加快绿色与清洁低碳发展受到世界各国高度重视。去年9月，我国提出‘双碳’目标，彰显了我国应对气候变化、调整产业和能源结构的大国担当。化石能源消费是导致全球碳排放量增加的主要原因，为降低碳排放，加快发展新能源、推动能源结构向绿色低碳转型已成普遍共识。炼厂作为能源行业的重要组成部分之一，在‘双碳’目标的总体要求下，将面临更大的转型升级和低碳发展挑战，未来炼厂运营模式将如何变化？

随着能源结构调整，炼油行业将面临哪些新形势

从全球能源消费结构看，2019年煤、石油、天然气、非化石能源的消费占比分别为27%、33%、24%、16%；我国的消费占比依次为58%、19%、8%、15%，突出表现为煤炭消费占比高，新能源消费占比较低。预计2030年全球煤炭、石油、天然气、非化石能源的消费占比分别为19%、28%、26%、27%，“双碳”目标下我国2030年消费占比依次为42%、18%、15%、25%，2050年非化石能源达到65.6%，2060年达到75%左右。为此，降煤增气、减少CO2排放，提高光伏、风能、氢能以及生物质能等新能源消费比例，是当前及今后能源行业面临的紧迫任务。

在未来我国能源结构调整的进程中，特别是在2030年碳达峰之前，石油仍将是我国主体能源之一，但在2060年碳中和前化石能源占比总共只有25%左右（主要消费天然气，其次是石油，煤炭消费甚微），届时石油用于能源消费的功能显著下降，但用作化工原料的功能将显著提升，推动石油消费的清洁化、低碳化发展并提升其化工原料功能属性，将是未来石油行业的共同目标。

从我国炼油行业的发展现状看，2020年炼油能力9.1亿吨/年，原油表观消费量7.36亿吨，总体上炼油能力已经过剩。近年来由于新能源汽车对燃油车的替代加快以及汽车内燃机技术进步带来燃油效率提升，我国油品消费增速总体放缓，而化工产品消费需求旺盛，在此背景下，国内炼厂仍须加大转型升级、减油增化和炼化一体化发展，从主要生产清洁燃料向生产清洁燃料+基础有机原料+化工新材料方面转型，推动炼化产业链的高质量发展。“双碳”目标下，光伏、风能、氢能、地热、生物质能等新能源迎来快速发展的“风口”，成为未来石油替代的优先选项，特别是随着电动汽车和氢能产业的发展，未来交通运输领域用能电气化趋势凸显，油品消费无疑将进一步减速，传统炼厂特别是以生产清洁油品为主的燃料型炼厂将面临更大挑战，但也面临向炼化一体化转型，炼油与新能源、新材料融合发展带来的诸多机遇。

“双碳”目标下，未来炼厂运营模式将如何改变

分阶段看，碳达峰前炼厂将持续加大技术创新和转型升级，尤其重视低碳减排和绿色发展，确保企业持续盈利并为低碳发展奠定基础。在碳中和阶段，炼厂普遍完成转型升级，在原料来源、生产工艺、产品结构以及用能方式等方面将发生根本性变化。

在原料结构方面，炼油与氢能、生物质能深度融合，引入“绿氢”及生物质原料成为炼厂降低碳排放的重要途径

在炼油与氢能的融合发展方面，碳达峰前炼厂主要通过发展“蓝氢”、碳达峰后通过发展“绿氢”实现减碳。氢气作为炼厂加氢工艺过程重要原料之一，主要来源于制氢装置、催化重整装置以及炼厂干气分离装置等。制氢装置一般采用煤制氢或天然气制氢，采用煤制氢生产1吨氢气约排放11~25吨的CO2，是天然气制氢排放量的约1.5倍，在碳中和目标下，煤制氢装置将配置碳捕集及利用设施（CCU），将“灰氢”变为“蓝氢”，另外还有炼厂重整副产氢和干气制氢，这两种“蓝氢”在碳达峰前除了满足炼油加氢工艺用氢外，也可外供氢燃料电池汽车加氢站。随着氢能产业链的逐渐成熟、成本下降，特别是碳达峰后氢气消费量的大幅增长，来源于风电、光伏电解水制取的“绿氢”将超过“蓝氢”成为炼厂用氢主要来源。

在炼油与生物质能的融合发展方面，炼厂引入生物质原料并建设独立的生物质加工装置，将木质纤维素生物质热解和气化以及费—托合成转化，不仅能以较经济的方式生产能源密度比乙醇和生物柴油高、可与石油产品及其配送系统相兼容的液体燃料，也可生产高附加值生物基化学品或氢气，实现原料可再生并降低碳排放。多年来国内外诸多公司开展了生物质合成油技术研究与生产示范，但总体而言仍面临不小的挑战，例如原料必须易得、运输方便并易于在炼厂中进行处理，同时应尽可能使用现有的工艺和装置。随着生物炼制技术的不断进步，利用生物质生产合成油、化学品以及生物质制氢工艺可望与传统石油炼厂工艺过程实现“耦合”，助力炼厂碳减排、碳中和。

在生产工艺方面，原油直接转化、重油催化裂解、蜡油加氢裂化、碳捕集与利用将成为未来炼厂重点工艺，化工型炼厂成为未来炼厂发展主流方向

汽、煤、柴油及化工用油（石脑油）约占炼厂产品产量的70%，但就炼厂油品用途而言，其中交通运输用油（汽、煤、柴油）约占50%，石脑油占32%，其他领域用油占18%。在“双碳”目标下，原油直接制烯烃工艺成为许多新建炼厂多产化学品的首选技术途径；基于炼油向化工转型的需要，炼厂加大工艺技术升级改进，重油催化裂解多产低碳烯烃、蜡油及柴油加氢裂化多产化工原料、轻石脑油催化重整多产芳烃和氢气等技术将成为未来炼厂的重点工艺，大多数炼厂将配置CO2捕集及利用设施，炼厂生产工艺布局总体上将发生较大变化，化工型炼厂将是未来炼厂发展的主流方向。

炼厂的碳排放主要分为燃烧排放、工艺排放以及间接排放（如外购电能排放），以典型的千万吨级炼厂为例，燃料燃烧排放的CO2约占55%，催化烧焦排放约占33%，制氢工艺排放约占8%，火炬排放与间接排放数量占比4%。在碳达峰后，炼厂普遍在排放集中的位置（如常减压塔加热炉、煤制氢装置等）增设碳捕集设施，并对捕集的CO2进行地下封存或集中利用，如用于油田强化采油或生产干冰，利用CO2加氢生产甲醇、CO2基降解材料、海藻培养等。

在产品布局方面，通过发展炼化一体化，减少油品生产，同时多产炼油特色产品与化工原料，开发生产高端化工新材料，提升产品附加值

近年来我国油品消费增速下滑，但下游石化产品消费逐年上升，预计我国主要化工产品消费量占全球的比例将从目前的约30%提高到2025年的40%左右，2030年达到50%左右。随着我国产业升级步伐加快和经济高质量发展，高端化合成树脂、高性能合成橡胶、工程材料、可降解材料等化工新材料和电子化学品的消费需求将会持续增长。为此，炼油向化工转型力度将持续加大，炼厂产品结构将发生显著变化，倾向于减少轻质油品产量，适度增产低硫船用燃料油，多产高端化沥青、石蜡、高档润滑油基础油、高等级碳材料以及化工原料，而下游石化业务将更加注重开发化工新材料和高端产品，延伸产业链，提升产品附加值。

在节能减排方面，持续优化换热流程，并采用“绿电”替代燃煤、燃油、燃气，降低生产过程燃料消耗和碳排放

在炼厂生产运营过程中，降低能耗、提高能效即意味着减排，因此在“双碳”目标下，炼厂节能降耗工作将备受重视。炼厂的耗能大户主要是加热炉等设备，例如常减压蒸馏、焦化、连续重整、柴油加氢等装置的加热炉，其燃料（主要是重质燃料油）消耗约占炼厂总能耗的40%左右，能耗高、碳排放量大。在碳中和指标约束下，炼厂可通过换热流程的优化、先进节能技术的应用以及生产用能电力化等措施实现减排，例如将燃油加热炉改为电加热炉，将蒸汽透平驱动改为电驱动，采用天然气替代燃煤、重油、液化气等燃料等。此外，炼厂可通过参与国内碳交易市场以及森林碳汇等途径，助力实现碳中和。

“双碳”目标的提出，为我国经济社会绿色低碳发展提供了动力引擎，为能源行业结构调整、加快能源“四个革命”提供了重大战略机遇。炼化作为能源行业耗能和碳排放大户之一，在实现“双碳”目标的进程中承担着重要使命。对于大型炼化企业来说，需要依靠科技创新和技术进步，在碳达峰之前基本完成转型升级和结构调整，为碳达峰后向低碳发展、实现碳中和做好准备。为此，炼厂在中短期内需要持续加大原料结构、生产工艺、产品结构调整，多产特色产品、基础有机原料和高端化新材料；同时，结合实际布局氢能、生物质燃料、生物基化学品、废塑料循环利用、碳捕获及利用等新业务，积极参与碳交易与森林碳汇，推动炼化业务绿色低碳高质量发展。