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在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，考慮到我國原油資源相對貧乏、可再生資源豐富的國情，煉油行業(yè)可以著力發(fā)展可再生原料與石油共加工技術(shù)。共加工是煉油行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑之一，具有廣闊的發(fā)展前景。我國可再生資源豐富，生物質(zhì)、廢塑料和費托合成油等均可作為共加工技術(shù)的原料。廢棄油脂的共加工已實現(xiàn)商業(yè)化，而生物原油的催化裂化共加工也展現(xiàn)出巨大的潛力。共加工技術(shù)為煉油企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供了新的發(fā)展路徑。通過將可再生資源與傳統(tǒng)化石原料共同加工，煉化企業(yè)能夠生產(chǎn)出更低碳的燃料，推動行業(yè)向綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。隨著相關(guān)技術(shù)不斷成熟和政策持續(xù)完善，共加工技術(shù)將在煉油行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮越來越重要的作用。

·什么是共加工？

共加工是指將可再生原料與石油原料在現(xiàn)有煉油設(shè)施中共同加工，生產(chǎn)低碳燃料。

·共加工與生物煉制有何區(qū)別？

生物煉制是指利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料，但面臨高昂的基礎(chǔ)設(shè)施成本、低產(chǎn)量、低質(zhì)量、有限的穩(wěn)定性和小規(guī)模生產(chǎn)等問題。共加工可以有效解決生物煉制面臨的挑戰(zhàn)。共加工可以有效利用現(xiàn)有的煉油、運輸和儲存設(shè)施，顯著降低投資成本和縮短建設(shè)周期。此外，共加工工藝可以根據(jù)不同原料的特性和市場需求靈活調(diào)整原料配比和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

·共加工有哪些優(yōu)勢？

共加工具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益：從經(jīng)濟(jì)角度來看，共加工可以降低生物燃料的生產(chǎn)成本，使其更具競爭力；從環(huán)境角度來看，共加工可以減少化石燃料的使用，減少碳排放，助力實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

交通運輸業(yè)是全球重要的碳排放行業(yè)之一，占全球燃料燃燒碳排放量的23%。實現(xiàn)交通運輸業(yè)碳中和需要各領(lǐng)域大幅減排，尤其是海運和航空等難減排領(lǐng)域。

低碳燃料作為一種替代燃料，在航空等難以電氣化的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，可持續(xù)航空燃料（SAF）是一種由生物質(zhì)、廢棄物或其他可再生原料制成的燃料，可顯著減少飛機的碳排放。

我國政府出臺了一系列政策措施，推動低碳燃料的研發(fā)和應(yīng)用：國家發(fā)展改革委等部門鼓勵有條件的企業(yè)探索將廢棄有機物與原油耦合加工；《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，要大力發(fā)展非糧生物質(zhì)液體燃料。將有機固體廢物與生物質(zhì)作為煉油原料，不僅可以實現(xiàn)廢棄物和生物質(zhì)的資源化利用，而且可以減少原油的使用量，減輕資源壓力。

共加工技術(shù)為煉油企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供了新的發(fā)展路徑。通過將可再生資源與傳統(tǒng)化石原料共同加工，煉化企業(yè)能夠生產(chǎn)更低碳的燃料，推動行業(yè)向綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。

共加工原料

可用于共加工的原料主要有油脂、生物原油/生物油、廢塑料熱解油及費托合成油。

油脂 油脂主要由植物油、動物脂肪和廢油組成，是目前生產(chǎn)即用型生物燃料的主要原料。植物油原料廣泛，但其可能間接導(dǎo)致土地的使用問題。使用廢棄食用油（UCO）可收到非常可觀的碳減排效果，但UCO的供應(yīng)量有限且價格較高。油脂中氧含量較低（氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為11%），化學(xué)結(jié)構(gòu)相對簡單（主要由簡單的酯組成），可以與石油原料完全混溶，并且易于裂解，共加工過程中的主要改質(zhì)目標(biāo)是通過加氫處理去除油脂中的氧并使其中的雙鍵飽和。目前加氫處理裝置已用于共加工油脂原料，根據(jù)美國材料與試驗協(xié)會（ASTM） D1655標(biāo)準(zhǔn)，共加工5%的油脂已被批準(zhǔn)用于生產(chǎn)商用航空常用的Jet A/A1燃料。目前，正在進(jìn)行共加工30%油脂的ASTM評估工作，如果審核通過，將進(jìn)一步擴(kuò)大油脂原料在航空燃料生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍。

生物原油/生物油 通過生物質(zhì)生產(chǎn)生物原油有兩種重要的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，包括快速熱解（FP）和水熱液化（HTL）。FP法是在常壓厭氧條件下將小顆粒干燥生物質(zhì)（直徑小于5毫米，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%）快速加熱為約500攝氏度，通過蒸汽冷凝后得到FP生物油；HTL法是在較低溫度和較高壓力下，在水或含水溶劑中將微藻或廢水污泥等高含水量原料轉(zhuǎn)化為HTL生物油。一般來說，與FP生物油相比，HTL生物油的氧含量和芳烴含量較低，高位熱值（HHV）較高，雖然HTL生物油中含有大量含氮化合物，但混合物中的其他雜原子幾乎被完全去除。由于生物油的缺氫性質(zhì)和不穩(wěn)定性，直接通過催化裂化技術(shù)對生物油進(jìn)行改質(zhì)會形成大量焦炭。生物油與石油餾分共加工則提供了一個很好的解決方案，因為富氫石油碳?xì)浠衔镏械臍淇梢赞D(zhuǎn)移到缺氫的生物油中。

生物油原料和石油基原料的理化性質(zhì)存在顯著差異。石油基原料中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低（0.05%～1.5%），而生物油原料（如FP生物油）中含有各種含氧物質(zhì)，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)50%。由于生物油原料含氧量高，生物油原料的HHV遠(yuǎn)低于石油基原料VGO（減壓瓦斯油）的HHV。通過對生物油進(jìn)行加氫脫氧處理可得到加氫脫氧（HDO）生物油。與FP生物油相比，HDO生物油氫碳比更高，氧含量更低。對HDO生物油，應(yīng)合理控制加氫脫氧的深度，因為過度加氫會導(dǎo)致氫消耗量高，工藝經(jīng)濟(jì)性變差。催化快速熱解（CFP）生物油由FP生物油通過催化處理改質(zhì)得到，與FP生物油相比，CFP生物油的含氧量和pH值更低，HHV更高。CFP生物油的生產(chǎn)步驟簡單（僅需一步），且無須外部氫源，避免了生物油加氫脫氧所需的高壓條件。使用CFP生物油進(jìn)行共加工可減少操作單元的數(shù)量，提高共加工的經(jīng)濟(jì)可行性。

廢塑料熱解油 廢塑料熱解油的成分會因處理的塑料類型不同而產(chǎn)生差異。例如，聚苯乙烯的熱解油主要由芳香烴組成，而聚丙烯、低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的熱解油則主要由脂肪烴組成。廢塑料熱解油為共加工提供了原料來源，但同時也帶來了挑戰(zhàn)，主要在于廢塑料來源多樣，導(dǎo)致廢塑料熱解油含有大量污染物，且污染物在餾程范圍內(nèi)分布不均勻。

費托合成油 費托合成是將一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為燃料的過程，其原料可以為垃圾/生物質(zhì)氣化的合成氣，也可以為綠氫和捕集的二氧化碳，因此使用費托合成油進(jìn)行共加工具有最高的二氧化碳減排潛力。費托合成油質(zhì)量較好，一般不會對共加工工藝造成重大挑戰(zhàn)。

共加工技術(shù)現(xiàn)狀

油脂原料既可以在加氫裝置中處理，也可以在催化裂化裝置中處理，二者均已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

在中長期，以木質(zhì)纖維素為原料的生物原油生產(chǎn)將實現(xiàn)商業(yè)化，且未來最有可能被應(yīng)用到催化裂化裝置中。在催化裂化裝置中共加工快速熱解生物原油已得到工業(yè)示范應(yīng)用。然而，在加氫裝置中對生物原油進(jìn)行共加工仍處于實驗室階段。

目前，大多數(shù)共加工研究都集中在催化裂化或加氫處理裝置。催化裂化工藝是風(fēng)險較低的選擇，因為催化裂化催化劑比加氫處理催化劑更能耐受生物原料中較高的氧含量，可通過同時脫水、脫羧和脫羰基，以水、一氧化碳和二氧化碳的形式去除原料中的氧。此外，催化裂化催化劑可以在現(xiàn)場連續(xù)再生。催化裂化裝置為裂解相對分子質(zhì)量較大的熱解油提供了場所，因為催化裂化催化劑選擇性更多，而且可以在較溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行。與煉油廠的其他加工裝置相比，在催化裂化裝置中進(jìn)行共加工更具有經(jīng)濟(jì)吸引力，因為它通常不需要額外的氫氣或能源投入，從而節(jié)省了成本并減少了額外的溫室氣體排放。相比之下，加氫處理裝置通常使用昂貴的催化劑，每隔幾年就要在場外再生一次。加氫處理主要用于脫氧，裂化程度有限，只有在特殊催化劑和高壓條件下才能實現(xiàn)深度裂化。當(dāng)需要生產(chǎn)中間餾分油時，生物原油可能需要某種形式的裂化，而加氫裂化是合適的共加工裝置。加氫處理后常使用加氫裂化用雙功能催化劑斷裂碳碳鍵。然而，加氫裂化裝置共加工生物原油的影響和挑戰(zhàn)仍需要更全面的評估。

生物油與石油餾分的共加工是生產(chǎn)可再生運輸燃料的一種經(jīng)濟(jì)有效的途徑，前景廣闊。目前，業(yè)界將大量研發(fā)工作投入催化裂化裝置共加工熱解油的研究中，如何合理提高成品燃料中的可再生碳含量及開發(fā)高效長效催化劑等問題亟待解決。加氫處理是生物油和石油餾分混合物在共加氫裂化或共催化裂化之前降低氧含量和去除雜質(zhì)的關(guān)鍵步驟。HTL生物油共加氫裂化在生產(chǎn)富含生物碳的輕質(zhì)產(chǎn)品方面顯示出良好的效果。然而，加氫處理裝置中HTL生物油的共加工仍需進(jìn)一步探索。

共加工案例

目前，全球部分煉油廠已成功實現(xiàn)了生物質(zhì)原料共加工的商業(yè)化。這些商業(yè)化案例中，脂類原料是主要原料，但也有一些案例使用熱解和高溫液化生物油進(jìn)行共加工。共加工的生物質(zhì)原料摻混比例通常在5%～10%。共加工所使用的裝置包括加氫脫硫裝置、催化裂化裝置、沸騰床加氫裂化裝置（H-Oil?裝置）等。部分煉油廠已著手對廢塑料進(jìn)行共加工試驗，開發(fā)的廢塑料油共加工技術(shù)，包括PureStepTM加氫技術(shù)、SaFeGuardTM催化劑技術(shù)和漿態(tài)床加氫技術(shù)等。這些技術(shù)主要以廢塑料熱解油為原料，摻混加工比例在5%～10%，規(guī)模涵蓋中試至工業(yè)示范裝置。該類技術(shù)可有效減少進(jìn)入垃圾填埋場的廢塑料數(shù)量，并將其轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品。

我國煉油廠的共加工潛力可以通過評估特定類型煉油加工裝置的煉油能力和共加工過程中可能的混合比例來進(jìn)行預(yù)估，進(jìn)而確定可通過共加工生產(chǎn)的低碳燃料產(chǎn)量。

共加工技術(shù)的發(fā)展建議與展望

我國可再生資源豐富，生物質(zhì)、廢塑料和費托合成油等均可作為共加工技術(shù)的原料。廢棄油脂的共加工已實現(xiàn)商業(yè)化，而生物原油的催化裂化共加工也展現(xiàn)出巨大的潛力。隨著相關(guān)技術(shù)不斷成熟和政策持續(xù)完善，共加工技術(shù)將在煉油行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮越來越重要的作用。未來，推動共加工技術(shù)發(fā)展應(yīng)從以下方面發(fā)力：

（1）政府出臺政策助力農(nóng)林廢棄物能源化。油脂將成為短期內(nèi)共加工的主要低碳原料，然而廢棄油脂成本高、產(chǎn)量低，植物油可持續(xù)性較差，油脂共加工仍存在諸多挑戰(zhàn)。從長遠(yuǎn)來看，使用農(nóng)林廢棄物等更豐富的原料生產(chǎn)出的生物原油將在未來發(fā)揮更重要的作用。為促進(jìn)農(nóng)林廢棄物能源化利用，政府可制定收儲運相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加強市場監(jiān)管，并提供財政補貼和政策支持，扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（2）共加工選料應(yīng)因地制宜，深入開展原料特性研究。為充分利用我國豐富的可再生原料資源，應(yīng)根據(jù)各地資源稟賦選擇共加工原料。例如，人口密集地區(qū)可優(yōu)先考慮餐飲廢油，而東北、華北和廣西等地區(qū)則可利用豐富的農(nóng)林廢棄物。此外，由于不同生物質(zhì)原料會產(chǎn)生性質(zhì)各異的生物原油，因此深入研究不同原料來源生產(chǎn)的生物原油的性質(zhì)及其與石油餾分的相容性，對于優(yōu)化共加工工藝和提升共加工效率至關(guān)重要。

（3）制定可再生原料雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)共加工發(fā)展。可再生原料來源多樣，但往往含有各種雜質(zhì)，雜質(zhì)會對共加工過程和最終產(chǎn)品質(zhì)量造成負(fù)面影響。因此，深入表征和分析可再生原料中的雜質(zhì)至關(guān)重要。預(yù)處理是可再生原料共加工的關(guān)鍵步驟，將直接影響共加工工藝的穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。確定可再生原料進(jìn)入煉油裝置前所需的預(yù)處理程度是亟待解決的關(guān)鍵問題。制定標(biāo)準(zhǔn)后，可再生原料將成為煉油廠共加工的商品原料，有助于推動可再生原料與傳統(tǒng)原料共加工的商業(yè)化進(jìn)程。

（4）未來催化裂化共加工生物原油技術(shù)發(fā)展?jié)摿Υ蟆１M管油脂共加氫處理技術(shù)目前占據(jù)主流地位，但隨著生物原油應(yīng)用日益廣泛，基于催化裂化的共加工技術(shù)有望獲得更多關(guān)注。然而，選擇生物質(zhì)原料共加工技術(shù)需要綜合考慮對煉油廠的潛在影響和風(fēng)險，以及目標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)等多重因素。

（中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司）