（原標題為《碳達峰碳中和目標下煉油行業(yè)低碳可持續(xù)發(fā)展路徑》，作者為單位為中國石油石油化工研究院)

世界煉油行業(yè)正面臨能源轉(zhuǎn)型帶來的長期挑戰(zhàn)，新冠肺炎疫情的全球肆虐更是加快了這一趨勢，碳達峰碳中和約束、電能替代加速發(fā)展，使得低碳可持續(xù)轉(zhuǎn)型成為煉油行業(yè)生存發(fā)展的必然選擇。

從中長期來看，四大趨勢將共同塑造未來煉油行業(yè)的發(fā)展路徑。

趨勢之一：

煉油加工原料向低碳化和多元化轉(zhuǎn)變

原油是煉廠加工最主要的原料，但碳達峰和碳中和要求將使石油等高碳原料的加工量和占比加速下降。當前全球能源需求中，石油占32%，可再生能源占14%。據(jù)國際能源署預(yù)測，到2030年，石油在一次能源需求中的占比將降至30%，可再生能源的占比將升至19%?；茉丛谀茉唇Y(jié)構(gòu)中的占比取決于替代能源和碳減排技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的速度。

碳中和對一些油氣公司的資源戰(zhàn)略產(chǎn)生了明顯影響。一些大型國際石油公司和國家石油公司積極發(fā)展可再生能源業(yè)務(wù)，正從傳統(tǒng)的石油天然氣公司轉(zhuǎn)型為多元化、低碳化的能源公司，這預(yù)示著煉油化工的原料結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。

其他原料也將作為煉油原料的補充。一是生物質(zhì)能源。這不是指投資新建生物燃料工廠，而是將生物質(zhì)(木質(zhì)纖維素、植物/動物油脂等)處理后與原油或煉廠餾分混合，經(jīng)加氫處理等工藝生產(chǎn)低碳強度油品。目前，生物質(zhì)替代化石原料成本仍然較高，但生物質(zhì)原料的多樣性、獲得便利性及政策支持，有可能使其成為未來煉油低碳原料的重要組成部分。美國幾家煉油廠正在進行改造，將生物質(zhì)原料與化石燃料混煉，生產(chǎn)可再生柴油或低碳航空燃料。bp公司計劃在煉廠進行加氫植物油和廢棄油脂與化石原料混煉加工，生產(chǎn)低碳生物柴油和生物航空燃料。

二是廢塑料等廢棄化工產(chǎn)品。將廢塑料循環(huán)利用的研究一直在推進，一些公司已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。例如，伊士曼化學公司將回收的廢塑料(非聚酯塑料、軟包裝等)轉(zhuǎn)化為附加值更高的先進材料和纖維;?？松梨诠疽查_展了廢塑料化學回收利用的工業(yè)試驗。在市場和政策的推動下，可循環(huán)利用的廢棄產(chǎn)品將成為石油產(chǎn)品的原料之一進入煉廠的加工裝置。

未來，煉油行業(yè)將加工更加復(fù)雜的組合原料，但工藝流程和裝置與現(xiàn)有煉廠相似，產(chǎn)品也易于與當前煉廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的組分進行調(diào)和。

趨勢之二：

生產(chǎn)過程將更加重視節(jié)能降耗和使用綠色能源

節(jié)能是最重要的“能源”。加強煉油生產(chǎn)過程的能源管理是煉油行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要策略，也是短期內(nèi)降低二氧化碳排放量最有效的途徑。國外研究顯示，煉油行業(yè)仍有較大的節(jié)能降耗空間，提升煉油企業(yè)能源效率可使全球煉廠的平均成本再降30%，減少二氧化碳排放量3500萬噸/年。

煉廠能耗最高的公用設(shè)備是分布在煉廠各工藝區(qū)域的加熱爐，通過能量優(yōu)化管理、設(shè)備升級改造和使用低碳替代燃料，可實現(xiàn)部分減排。能耗和二氧化碳排放量較大的煉油工藝裝置有催化裂化、常減壓蒸餾、制氫、加氫處理和加氫裂化等，對于工藝裝置可以采取提高換熱效率、減少結(jié)垢、優(yōu)化控制等措施來降低能耗，或者采用節(jié)能技術(shù)、新建預(yù)處理設(shè)備等方法降低主體工藝裝置的能耗。此外，熱電(汽電)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)(CHP)和氣化聯(lián)合循環(huán)一體化發(fā)電技術(shù)(IGCC)已在煉油行業(yè)廣泛應(yīng)用，低成本的碳捕集新技術(shù)已規(guī)模化示范或應(yīng)用，這些技術(shù)將成為煉油行業(yè)綜合利用資源、節(jié)能減排的重要手段。

煉廠裝置運行、化學反應(yīng)、分離提純、物料輸送等過程需要消耗大量能源，未來將逐步轉(zhuǎn)向由風能、太陽能等零碳電力或天然氣等低碳能源來提供動力。在獲得充足廉價低碳電力供應(yīng)的前提下，從外部輸入低碳電力將是煉油行業(yè)實現(xiàn)減排的重要途徑。例如，巴斯夫、沙特基礎(chǔ)工業(yè)與林德公司計劃，共同開發(fā)并推廣蒸汽裂解裝置電加熱解決方案，利用低碳電力加熱蒸汽裂解爐來減少二氧化碳排放量。

趨勢之三：

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將從以油品為主轉(zhuǎn)向以石化原料和材料為主

煉油產(chǎn)品主要包括汽、柴、煤油等液體交通燃料，石化原料，以及瀝青、潤滑油和石油焦等其他工業(yè)產(chǎn)品。目前，我國交通燃料占比約65%，石化原料約占17%，其他產(chǎn)品占比約為18%。未來煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將取決于石化原料需求的增長及交通運輸領(lǐng)域替代能源的發(fā)展速度。

煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)未來將繼續(xù)加速向多產(chǎn)石化原料、材料方向轉(zhuǎn)型。以2019年需求為基準，2030年世界石化原料需求增量將超過運輸燃料，占總需求增量的60%，除美國和中東地區(qū)外，大多數(shù)石化原料(石腦油)仍來自煉油行業(yè)。

影響石油基石化原料需求的因素除下游產(chǎn)品市場外，主要還有替代產(chǎn)品和終端產(chǎn)品循環(huán)利用兩個方面。在目前條件下，與傳統(tǒng)煉油路線相比，通過生物質(zhì)和碳一路線生產(chǎn)烯烴和芳烴，在技術(shù)成熟度和經(jīng)濟可行性方面都不具備明顯優(yōu)勢，尤其在碳中和背景下，實現(xiàn)規(guī)?；娲写诩夹g(shù)方面取得實質(zhì)性突破或者政策上給予支持。終端產(chǎn)品循環(huán)利用，會一定程度影響中間產(chǎn)品(例如聚乙烯和聚丙烯等聚合物)的需求。除石化原料外，瀝青、潤滑油、石蠟等其他石油產(chǎn)品用其他技術(shù)路線替代的可行性不大，煉油企業(yè)可由生產(chǎn)普通瀝青、石油焦等轉(zhuǎn)為生產(chǎn)電極焦、石墨烯、中間相瀝青、特種瀝青等碳材料;同時，由于這些產(chǎn)品本身就是固碳產(chǎn)品，因此減碳需求不迫切。總體來看，中長期內(nèi)煉油行業(yè)仍將是石化原料和其他工業(yè)產(chǎn)品的主要來源。

未來，交通運輸油品需求將緩慢達峰然后下降。短中期內(nèi)，燃油效率提高在降低油品需求增速方面將發(fā)揮主要作用。中國汽車工程學會2020年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》預(yù)計，2030年乘用車新車油耗將從目前的接近5升/百公里降到3.2升/百公里。中長期內(nèi)，隨著技術(shù)成熟、配套設(shè)施完善、成本下降，電動汽車和替代燃料對油品市場的滲透率會逐步增加，從開始時替代油品增量需求，逐漸發(fā)展為在長期內(nèi)替代存量需求。但是，由于液體運輸燃料具有相對更高的能量密度、運輸方便和易于車載存儲的優(yōu)勢，且建立了完整而龐大的生產(chǎn)、存儲和銷售體系，不太可能實現(xiàn)所有運輸方式全面電氣化。在重型貨運和海運、航運中，液體燃料的能量密度是一個根本優(yōu)勢，難以被替代。因此，交通運輸能源低碳路徑不太可能有唯一方案，而是需要根據(jù)不同運輸方式的特點和燃料要求，在低碳強度的石油基燃料、電能、氫能、生物燃料等多種燃料中進行綜合考量。

在能源轉(zhuǎn)型過程中，儲能將發(fā)揮越來越重要的作用。為了應(yīng)對電力需求和供應(yīng)的波動，需要具備容量大、反應(yīng)迅速、靈活的儲能設(shè)施。電池儲能技術(shù)正在加快發(fā)展，然而通過分子所能達到的存儲效率和儲能量超過了電子的存儲性能。氫氣是煉油的重要產(chǎn)品之一，煉油行業(yè)擁有運營氫氣產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)，在氫能方面可以提供具有競爭力的儲能解決方案。煉油可與石化等其他行業(yè)實現(xiàn)協(xié)同一體化，發(fā)揮能源中心的作用，將多余的可再生電能轉(zhuǎn)化為氫，經(jīng)提純后作為燃料電池用高純氫等產(chǎn)品，也可根據(jù)需要將氫儲存或用于熱電聯(lián)產(chǎn)、與二氧化碳合成燃料、直接用于運輸及作為其他工業(yè)的原料等。

趨勢之四：

技術(shù)創(chuàng)新將以提升效率和減排為主要目標

原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化將給傳統(tǒng)煉油工藝、生產(chǎn)流程的功能和經(jīng)濟性帶來挑戰(zhàn)，一些新技術(shù)、新工藝流程、新催化劑的開發(fā)，使得煉油過程具有更高的靈活性和適應(yīng)性，還有一些新技術(shù)將繞開傳統(tǒng)煉油系統(tǒng)，成為具有競爭力的替代路線。

一是分子煉油與精細分離技術(shù)。與傳統(tǒng)煉廠分階段進行原油和重油轉(zhuǎn)化，然后分別處理中間餾分的流程不同，分子煉油對原料和加工工藝進行分子水平的認識，并將分子模型納入整個煉廠優(yōu)化模型，從而在操作運行中具有更強的敏捷性。通過分子表征和流程建模，將每一個分子都視為原料，通過精準分離，優(yōu)化各個裝置的進料組成，根據(jù)原料性質(zhì)精細調(diào)整工藝裝置操作。石油中富含不少天然的、甚至無法合成的化學原料，通過精細分離技術(shù)可以豐富以化工原料為主體的產(chǎn)品線，發(fā)揮原油的最大價值生產(chǎn)目標產(chǎn)品，實現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用。

二是短流程技術(shù)(例如原油直接制化學品技術(shù))，降低原料成本和溫室氣體強度的技術(shù)(例如甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯技術(shù))。以原油直接制化學品(COTC)為例，中國當前煉化一體化程度最高的企業(yè)(恒力石化和浙江石化)每桶原油的化學品收率約為40%，而原油直接制化學品項目每桶原油的化學品收率在40%以上。由于每個原油直接制化學品項目的產(chǎn)能都相當于幾個傳統(tǒng)的世界級規(guī)模石化裝置，未來大規(guī)模新建原油直接制化學品項目可能打破烯烴、芳烴價值鏈的供需平衡，一些煉化一體化企業(yè)有可能面臨產(chǎn)能過剩和被淘汰風險。國際能源署預(yù)測，2019~2030年，通過煉油產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的石化原料產(chǎn)量年均增長率約為前十年的一半。

三是碳回收及利用技術(shù)。當前煉油行業(yè)可以采取提高能效、更換老舊設(shè)備、減少泄漏、加強裝置設(shè)備維護等低成本的減排方案，但效果是有上限的。如果不采用電氣化或碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)，碳排放量很難再下降，因此對碳回收、利用及減排技術(shù)的開發(fā)很關(guān)鍵。加快開發(fā)和應(yīng)用碳回收及利用技術(shù)有助于煉油企業(yè)應(yīng)對碳排放壓力，還可以加強煉油企業(yè)在低碳技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，在國際標準制定、貿(mào)易談判等方面占有主動權(quán)，并實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

四是數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)在快速響應(yīng)原料和產(chǎn)品需求變化、煉廠優(yōu)化運行、遠程監(jiān)控和診斷、預(yù)測性檢維修、現(xiàn)場操作、科研創(chuàng)新等方面將發(fā)揮更加重要的作用。通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用降低成本、提升客戶服務(wù)質(zhì)量、增強市場敏感度，是煉油企業(yè)降低風險、挖掘現(xiàn)有業(yè)務(wù)鏈更多的價值、保持盈利能力的關(guān)鍵策略之一。在油氣行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的過程中，石油公司與數(shù)字化技術(shù)供應(yīng)商之間出現(xiàn)了新的戰(zhàn)略合作模式。IT公司為石油公司提供數(shù)字化產(chǎn)品和服務(wù)，石油公司為IT公司提供運營所需的低碳能源，以支持其實現(xiàn)減排目標。

煉油行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型宜分階段逐步實現(xiàn)

據(jù)國外研究，未來煉油行業(yè)將發(fā)生較大的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，從將原油轉(zhuǎn)化為各種石油產(chǎn)品的傳統(tǒng)路線，將逐漸發(fā)展為一個能將更多元原料(包括化石原料、生物質(zhì)和廢棄化工產(chǎn)品等)轉(zhuǎn)化為能源和材料的行業(yè)。

低碳可持續(xù)發(fā)展是對煉油行業(yè)的考驗，但全球汽車行業(yè)從燃油汽車轉(zhuǎn)向電動汽車和其他低碳替代能源汽車仍需要多年時間，其對化石能源的依賴也不會迅速改變。受技術(shù)、經(jīng)濟性、實施難度等因素影響，煉油行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型之路可考慮分兩個階段進行。

第一階段(當前至2030年)：“減油增化”，節(jié)能降耗，減少生產(chǎn)過程的二氧化碳排放量。

在此階段，為滿足石化原料需求持續(xù)增長，煉油行業(yè)向深度煉化一體化發(fā)展。部分燃料型煉油企業(yè)將進行升級改造，建設(shè)大型乙烯等化工裝置，成為煉化一體化企業(yè)。建有加氫裂化、催化裂化等裝置的煉化一體化企業(yè)可以改造或調(diào)整運行參數(shù)，以實現(xiàn)燃料與石化原料的新平衡。還有一些企業(yè)通過新建裝置或應(yīng)用新技術(shù)，實現(xiàn)更直接的原油直接制化學品路線。

煉油生產(chǎn)過程中的碳減排，主要通過技術(shù)創(chuàng)新、提高能源效率、外界輸入零碳/低碳電力或轉(zhuǎn)向低碳燃料、優(yōu)化公用工程供能等方式實現(xiàn);碳捕獲、利用與封存技術(shù)實現(xiàn)推廣應(yīng)用;逐步引入可再生能源、可循環(huán)利用的廢棄物等作為原料生產(chǎn)液體運輸燃料。

第二階段(2030~2050年)：煉廠功能轉(zhuǎn)型，成為集生產(chǎn)石化原料/材料和氫儲能的綜合體及能源集散中心。

此階段是對煉油行業(yè)重新定位功能、重塑價值鏈的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，煉廠的功能將徹底改變。煉廠從以加工石油為主生產(chǎn)各種石油產(chǎn)品的企業(yè)，逐漸發(fā)展成為一個能夠加工包括化石原料、生物質(zhì)、廢棄化工產(chǎn)品、回收的二氧化碳等在內(nèi)更多元原料，采用短流程、高效率、低排放加工流程，生產(chǎn)運營能耗多來自太陽能、風能等零碳電力，工藝過程排放的二氧化碳實現(xiàn)高效捕集，生產(chǎn)氫能、電力、石化原料、高端材料和少量運輸燃料等多樣化產(chǎn)品的綜合性能源企業(yè)，同時具備氫儲能的功能，與周邊其他工業(yè)企業(yè)和能源企業(yè)協(xié)同發(fā)展，成為能源集散中心。