化石能源的大量使用造成大氣中二氧化碳濃度上升是全球變暖的最主要原因,這已成為許多國家制定能源政策的依據(jù)。據(jù)世界資源研究所2017年下半年發(fā)布的報告,全球已有49個國家實現(xiàn)碳達峰,歐盟計劃到2050年實現(xiàn)碳中和,目前提出碳中和時間表的已有法國、德國、西班牙、英國、加拿大等30多個國家。實現(xiàn)碳中和目標的主要措施是逐步禁用煤炭等高碳化石能源,發(fā)展天然氣和風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、水能等可再生能源。
世界能源消費結(jié)構(gòu)開始從高碳向低碳化轉(zhuǎn)型。與2010年相比,2019年消費的能源中煤炭占比從29.9%下降到27.0%,天然氣占比從22.5%上升到24.2%,風(fēng)電占比從0.6%上升到2.2%,光伏發(fā)電從0.1%上升到1.1%,如圖1~圖3所示。

圖 1 2010年全球能源結(jié)構(gòu)

圖 2 2019年全球能源結(jié)構(gòu)

圖 3 全球及主要國家非化石能源占一次能源的比例
1.我國積極推動能源低碳化轉(zhuǎn)型
1.1 我國能源低碳化轉(zhuǎn)型成效顯著
“十一五”規(guī)劃提出了到2010年單位GDP碳排放降低20%的目標,“十二五”規(guī)劃提出“逐步建立碳排放交易市場”,將大幅度降低二氧化碳排放強度作為約束性指標納入規(guī)劃。2009年11月26日,在哥本哈根氣候變化大會前夕,中國政府向世界承諾,2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%~50%。2010—2019年我國一次能源結(jié)構(gòu)見表1。2014年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》,明確到2020年實現(xiàn)非化石能源占一次能源消費比重達15%左右,2020年實際達到14.14%。2020年森林面積比2005年增加4 000萬公頃,森林蓄積量比2005年增加13億立方米。2005年以來,我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進展。
表 1 2010—2019年我國一次能源結(jié)構(gòu)(%)

1.2 2020年我國明確提出碳達峰和碳中和時間表
2020年9月22日,習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話,向世界承諾我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。這一承諾表明我國能源低碳化轉(zhuǎn)型進入新階段。
2020年12月,中共中央經(jīng)濟工作會議提出,要抓緊制定2030年碳排放達峰行動方案,支持有條件的地方率先達峰;要加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu),推動煤炭消費盡早達峰;大力發(fā)展新能源,加快建設(shè)全國用能權(quán)、碳排放交易市場,完善能源消費雙控制度。
2.能源轉(zhuǎn)型中我國煉油企業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的主要對策
2.1研究市場變化,理性慎重進行煉化一體化和油轉(zhuǎn)化項目的投資決策
要認真研究煉油及石化行業(yè)主要產(chǎn)品的消費規(guī)律,建立比較可靠的我國汽煤柴油、三大合成材料、乙烯、丙烯和對二甲苯市場消費趨勢的預(yù)測模型,科學(xué)研判未來需求。還要認真分析國際煉油及石化產(chǎn)品供需發(fā)展趨勢,深入進行我國煉油及石化產(chǎn)品與國外產(chǎn)品的競爭力研究,準確研判國外石化產(chǎn)品在我國市場的份額和我國產(chǎn)品占領(lǐng)國際市場的可能性和份額。
行業(yè)投資咨詢機構(gòu)要用比較可靠的我國未來煉油及石化產(chǎn)品消費預(yù)測數(shù)據(jù)、參與國際競爭的競爭力分析數(shù)據(jù)引導(dǎo)理性投資決策。實業(yè)投資者和金融資本投資者要專門組織團隊,進行投資項目的經(jīng)濟可行性研究和自身的優(yōu)勢劣勢分析,慎重進行煉化一體化項目、油轉(zhuǎn)化項目投資決策,不能盲目跟風(fēng)投資。地方政府要有正確的政績觀,不能只顧地方眼前的經(jīng)濟增長,成為盲目投資的鼓動者。
2.2 堅持目標導(dǎo)向和需求導(dǎo)向,加大投入,大力推進煉油技術(shù)創(chuàng)新
2.2.1 加強基礎(chǔ)研究,爭取重大技術(shù)突破
圖4展示了非連續(xù)式技術(shù)進步S型曲線,基于原有科學(xué)知識的煉油技術(shù)日趨成熟,要通過基礎(chǔ)研究獲取全新科學(xué)知識,融合納米技術(shù)、現(xiàn)代分析表征技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、催化材料科學(xué)、分子煉油理論和煉油過程強化理論,實現(xiàn)煉油技術(shù)的非連續(xù)式進步。

圖 4 非連續(xù)式技術(shù)進步S型曲線
深入進行石油分子表征研究,建立石油分子結(jié)構(gòu)信息、組成信息庫,研究從原料分子結(jié)構(gòu)到目的產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),建立石油分子反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)庫,支持優(yōu)化原料組分選擇、優(yōu)化反應(yīng)路徑、實現(xiàn)原料分子重構(gòu)成產(chǎn)品分子的精確調(diào)控。研究從原料分子重構(gòu)成目的產(chǎn)品分子的新催化材料,建立催化劑結(jié)構(gòu)、活性組分、制備工藝、反應(yīng)模型信息庫,支持模擬計算、高通量試驗、試驗數(shù)據(jù)智能處理之間的高效循環(huán),加快新催化劑的研究開發(fā)。研究納微尺度煉油化工過程強化和分子重構(gòu)工程實現(xiàn)中的科學(xué)問題,重點研究催化劑、反應(yīng)熱力學(xué)、動力學(xué)、質(zhì)量、能量、動量傳遞之間的協(xié)同耦合機制,進行數(shù)字建模,支持精準高效生產(chǎn)目的產(chǎn)品的新技術(shù)、新工藝、新裝備開發(fā)。研究車用汽柴油中不同組成、不同餾分的典型分子及添加物在內(nèi)燃機中與空氣混合的燃燒反應(yīng)的歷程和機理,配合現(xiàn)有內(nèi)燃機設(shè)計優(yōu)化和新一代內(nèi)燃機開發(fā),科學(xué)提出后國Ⅵ階段車用汽柴油標準的指標建議和制定新的燃油標準的指標建議。
2.2.2 凝練主要課題,持續(xù)推進煉油技術(shù)進步
(1)更清潔高效油品生產(chǎn)技術(shù)
更清潔高效汽油生產(chǎn)技術(shù),主要有多產(chǎn)液化氣和高異構(gòu)烴含量汽油的催化裂化催化劑、新結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、催化裂化反應(yīng)強化新技術(shù),環(huán)境友好的含異丁烯的碳四餾分高效烷基化技術(shù);更清潔高效柴油生產(chǎn)技術(shù),主要有柴油中多環(huán)芳烴深度脫除技術(shù),蠟油加氫裂化生產(chǎn)超低多環(huán)芳烴柴油技術(shù);低硫燃料油生產(chǎn)技術(shù),主要有低成本燃料油加氫脫硫技術(shù),燃料油調(diào)合優(yōu)化技術(shù);高檔潤滑油生產(chǎn)技術(shù),主要有高收率加氫異構(gòu)的Ⅲ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù),PAO合成基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù),高效添加劑定向可控合成和高檔潤滑油配方優(yōu)化技術(shù)。
(2)煉油過程“三廢”資源化利用及深度處理技術(shù)
煙氣和工藝尾氣中多種污染物一體化深度脫除技術(shù);酸性氣制硫裝置尾氣深度凈化技術(shù),低溫深度脫硝催化劑,VOC高效回收技術(shù),煉油及石化過程無組織排放VOC減排及低成本深度處理技術(shù);污水高效深度處理回用技術(shù),高含鹽污水低能耗脫鹽技術(shù),高氨氮污水高效處理技術(shù),污水中重金屬高效脫除技術(shù);廢催化劑中活性金屬組分高效回收利用技術(shù),廢催化劑及煉化過程其他廢渣、活性污泥高效無害化處理技術(shù)。
(3)煉油過程減少碳排放技術(shù)
低碳煉油反應(yīng)催化材料、催化劑及配套的工藝技術(shù);原油充分利用和效益最大化的清潔低能耗煉油總流程構(gòu)建技術(shù),收益最大化的煉油過程工藝條件綜合優(yōu)化節(jié)能減排技術(shù);過程及過程耦合節(jié)能技術(shù),包括以節(jié)能為目標的精餾塔高效內(nèi)構(gòu)件及精餾塔設(shè)計技術(shù),隔壁式精餾塔應(yīng)用技術(shù),氣體或液體混合物膜分離純化技術(shù),實現(xiàn)分子煉油的復(fù)雜組分萃取分離、吸附分離技術(shù),反應(yīng)精餾,膜反應(yīng)器工業(yè)應(yīng)用技術(shù),精餾、萃取、吸附、膜分離等過程耦合節(jié)能技術(shù);過程強化節(jié)能減排技術(shù),包括氣氣、液液、氣液、液固、液液固、氣液固傳質(zhì)控制反應(yīng)或分離過程納微尺度傳質(zhì)強化技術(shù),萃取、吸收、洗滌、混合等過程的納微尺度強化技術(shù),電場、電化學(xué)、微波、等離子體等物理場強化反應(yīng)技術(shù);低品位熱能高效回收利用技術(shù),包括低溫?zé)岣咝е评浼袄淠芾眉夹g(shù),低壓蒸汽機械壓縮提高壓力等級的能量回收利用技術(shù);能量轉(zhuǎn)化過程提高能源轉(zhuǎn)化效率技術(shù),包括瀝青、石油焦氣化和燃氣輪機、余熱鍋爐集成供燃料氣、供電、供熱技術(shù),瀝青、石油焦氣化和固體氧化物燃料電池(SOFC)或熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)集成供電供熱技術(shù);以化石能源為主體、多能互補低碳智能煉油廠能源系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù),包括可再生電力高比例接入技術(shù),燃料氣、可再生電、自發(fā)電、外網(wǎng)電、蒸汽、氫氣等多種能源數(shù)字化、智能化能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),小型堆核電供電、供蒸汽、供氫與煉油廠能源系統(tǒng)集成技術(shù)。
(4)原油資源高效加工利用技術(shù)
一是重劣質(zhì)原油高效加工利用技術(shù),主要包括新一代原油高效電脫鹽技術(shù)、融合納微尺度傳質(zhì)強化的低能耗劣質(zhì)渣油漿態(tài)床加氫裂化技術(shù),渣油淺度脫瀝青-脫瀝青油加氫處理-催化裂化及瀝青氣化組合技術(shù),融合納微尺度傳質(zhì)強化的低能耗長周期固定床蠟渣油加氫處理和加氫裂化技術(shù);二是產(chǎn)品價值最大化煉化一體技術(shù),主要包括丙烯最大化的催化裂化新技術(shù),重質(zhì)芳烴高效低氫耗轉(zhuǎn)化利用制對二甲苯和高效轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)汽油技術(shù)。
(5)煉油廠智能化技術(shù)
煉油廠數(shù)字化技術(shù),包括數(shù)據(jù)自動采集儀器儀表技術(shù),多協(xié)議異構(gòu)信息系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù),異構(gòu)數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù);全流程建模技術(shù),包括煉油過程大數(shù)據(jù)分析機器學(xué)習(xí)技術(shù),基于大數(shù)據(jù)和過程機理的建模技術(shù);設(shè)備健康管理技術(shù),包括動設(shè)備運行狀態(tài)智能檢測技術(shù),靜設(shè)備及管線腐蝕、疲勞、結(jié)垢等異常智能檢測技術(shù),設(shè)備檢測數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析、故障預(yù)測預(yù)警技術(shù);在線實時動態(tài)優(yōu)化和經(jīng)營決策優(yōu)化技術(shù),包括基于煉油總流程及設(shè)備狀態(tài)的原油采購和智能調(diào)合技術(shù),基于油品市場變化的原油加工方案優(yōu)化和油品智能調(diào)合技術(shù),基于實時數(shù)據(jù)和模型的裝置運行實時在線優(yōu)化技術(shù);安全環(huán)保風(fēng)險智能管控技術(shù),包括基于物料泄漏檢測數(shù)據(jù)的安全環(huán)保風(fēng)險智能管控技術(shù),基于設(shè)備健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和工藝異常數(shù)據(jù)的安全環(huán)保風(fēng)險智能管控技術(shù)。
2.2.3 與煉油鏈接的新能源技術(shù)
(1)氫能技術(shù)
來自化石能源制氫裝置的氫氣和工業(yè)副產(chǎn)氫氣的高效提純及脫雜技術(shù),燃料電池使用氫氣中痕量有害雜質(zhì)的快速分析技術(shù)。
(2)動力電池、儲能電池用高性能碳材料技術(shù)
催化裂化油漿高效脫固生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)針狀焦技術(shù),針狀焦生產(chǎn)動力電池與儲能電池電極材料技術(shù)。
(3)生物基液體燃料生產(chǎn)技術(shù)
農(nóng)林廢棄物糖平臺生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù),包括高效粉碎膨化預(yù)處理技術(shù)與裝備,纖維素、半纖維素水解制六碳糖、五碳糖的低成本高活性酶開發(fā),六碳及五碳糖同步發(fā)酵高耐受性菌種開發(fā),木質(zhì)素高價值利用技術(shù)。
農(nóng)林廢棄物氣化和厭氧發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù),包括低能耗壓縮成型處理技術(shù)與裝備,無焦油生成的成型生物質(zhì)氣化技術(shù),合成氣脫雜凈化技術(shù),凈化后CO厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的高活性菌種及高效反應(yīng)器。
生物油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù),包括高效酯化催化劑和反應(yīng)過程微界面?zhèn)髻|(zhì)強化技術(shù),反應(yīng)產(chǎn)物低能耗分離提純技術(shù)。
生物油脂生產(chǎn)生物噴氣燃料技術(shù),包括長壽命高選擇性脫羧催化劑,噴氣燃料高收率的加氫異構(gòu)催化劑和新工藝。
2.2.4 煉油過程二氧化碳捕集利用技術(shù)
(1)二氧化碳捕集技術(shù)
高壓高通量二氧化碳分離膜的材料及制膜技術(shù),大幅度降低吸收法捕集二氧化碳能耗的溶劑改性技術(shù)和傳質(zhì)強化技術(shù)與專用設(shè)備。
(2)二氧化碳利用技術(shù)
二氧化碳加氫高轉(zhuǎn)化率合成甲醇的催化劑及工藝技術(shù),利用煉油過程排放氣中NOx作氮源的藻類養(yǎng)殖和高價值利用技術(shù)。
2.3 圍繞綠色低碳提高資源利用效率,積極實施煉油企業(yè)的技術(shù)改造
石油資源利用不充分、過程及產(chǎn)品綠色清潔程度偏低的煉油企業(yè)積極實施綠色化技術(shù)改造。積極采用渣油漿態(tài)床加氫技術(shù)、渣油淺脫瀝青-脫瀝青油加氫-催化裂化-脫油瀝青氣化制氫組合技術(shù)等新技術(shù),進行優(yōu)化重構(gòu)煉油總流程的技術(shù)改造,淘汰一批延遲焦化裝置;采用微界面?zhèn)髻|(zhì)強化技術(shù)、分壁精餾塔、纏繞管式換熱器等新技術(shù)和新裝備進行煉油過程節(jié)能改造;采用高液化氣和汽油收率的催化裂化新技術(shù)、固體酸烷基化、離子液體烷基化、廢酸量最低化的硫酸烷基化新技術(shù)進行后國Ⅵ階段汽油質(zhì)量升級改造;采用超深度脫除多環(huán)芳烴調(diào)控芳烴含量的柴油加氫新技術(shù)、蠟油加氫裂化新技術(shù)進行后國Ⅵ階段柴油質(zhì)量升級改造;采用低壓加氫脫硫和調(diào)合組分優(yōu)化新技術(shù)進行低硫船用燃料油質(zhì)量升級改造;采用SO2和NOx一體化深度脫除技術(shù)、VOC高效回收和催化氧化深度脫除技術(shù)、廢水中COD低能耗深度脫除技術(shù)、高鹽廢水膜技術(shù)深度凈化和分質(zhì)分鹽技術(shù)等新技術(shù)進行煉油過程廢氣和廢水處理系統(tǒng)的改造。
2.4 主動應(yīng)對能源低碳化轉(zhuǎn)型,積極發(fā)展氫能,重視發(fā)展生物基燃料
2.4.1 積極發(fā)展氫能
面向能源低碳化轉(zhuǎn)型,間隙性的光伏、風(fēng)力發(fā)電等可再生電力將繼續(xù)快速發(fā)展,高比例接入間歇性電力嚴重影響電網(wǎng)安全性,而間隙性電力電解水制氫是一種大規(guī)模儲能手段。氫能驅(qū)動各類交通工具潛力巨大,替代化石能源減碳固碳前景廣闊。
2.4.2 重視發(fā)展生物基燃料
利用農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物通過熱轉(zhuǎn)化+厭氧發(fā)酵平臺或糖平臺發(fā)展燃料乙醇。利用生物油脂(含餐飲廢油)生產(chǎn)生物噴氣燃料和生物柴油。
3.結(jié)束語
面向未來能源向低碳化轉(zhuǎn)型的大趨勢,我國煉油企業(yè)將面臨一系列重大挑戰(zhàn)。
一是成品油市場逐步萎縮;
二是石油化工產(chǎn)品消費增速趨緩到達峰和達峰后市場逐步萎縮;
三是車用燃料品質(zhì)要從清潔向清潔高效轉(zhuǎn)變;
四是進一步嚴格的環(huán)保標準繼續(xù)增加生產(chǎn)成本;
五是實現(xiàn)碳達峰和碳中和目標,煉油企業(yè)將面臨巨大減少碳排放壓力。
在能源低碳化轉(zhuǎn)型中,我國煉油企業(yè)的主要應(yīng)對措施有:
一是理性慎重進行煉化一體化和油轉(zhuǎn)化項目的投資決策;
二是堅持目標導(dǎo)向和需求導(dǎo)向,圍繞生產(chǎn)高效高清潔油品、煉油過程“三廢”資源化利用及深度處理、減少煉油過程碳排放、原油資源高效加工利用、煉油廠智能化、與煉油鏈接的氫能、動力電池與儲能電池用高性能碳材料、生物基液體燃料、低能耗低成本二氧化碳捕集利用等技術(shù),持續(xù)進行創(chuàng)新開發(fā);
三是圍繞綠色低碳,積極實施煉油企業(yè)的技術(shù)改造;
四是積極發(fā)展氫能,重視發(fā)展生物基燃料。
中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 中華人民共和國應(yīng)急管理部 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務(wù)部 中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會
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