煉油和石油化工產業簡稱煉化產業，是國民經濟的基礎和支柱產業，主要為經濟社會發展提供汽、煤、柴油等各種煉油產品，基礎化學品和三大合成材料，承擔著支撐國民經濟發展，保障國家能源安全，保障國家重大戰略需求，滿足人民日益增長的美好生活需要，滿足低碳、零碳能源開發和綠色低碳發展需求等重要的歷史責任。

國外煉化產業低碳發展現狀和趨勢

1.1 發展現狀

美國、歐洲、日本等發達國家和地區的煉化產業已邁過快速發展期，碳排放量達到峰值后開始持續下降。美國煉油化工(煉化)產業發展經歷了起步期(1862—1940年)、高速發展期(1940—1982年)、結構調整期(1982年后)3個階段，于2007年實現碳達峰，煉油規模穩定在8.5×10⁸ 噸/年左右。以德國為代表，歐洲煉化產業經歷了快速擴張期(1850—1980年)和結構調整期(1980年后)，于1990年實現碳達峰。日本煉化產業經歷了快速增長期(1975年前)、產能下降期(1975—1990年)和結構調整期(1990年后)3個階段，于2012年實現碳達峰，煉油規模穩定在2×10⁸噸/年左右。進入結構調整期至今，發達國家和地區煉化產業碳排放平均下降幅度約為30%，碳排放降低的原因主要包括：煉化產品消費總量的下降，產業技術進步和節能降碳技術推廣應用，低碳燃料如天然氣在能源消費結構中的占比提升，企業集中度不斷提升和企業平均加工規模逐漸增加等，目前已基本實現了產業發展與碳排放脫鉤。

1.2 發展趨勢

歐洲石化公司對低碳轉型態度積極，制定了碳中和目標和推進以化石能源為主的能源結構向可再生能源為主的能源結構轉化的措施。英國石油(BP)公司宣布到2050年實現碳中和，積極布局能源轉型，計劃未來10年內每年在低碳領域投資約50×10⁸ USD；預計2030年，BP公司將開發約50 GW的可再生能源發電裝機容量；生物能源產量增加到10×10⁴ bbl/d(1 bbl=159 L)；氫能業務在核心市場的份額增長到10%。殼牌集團宣布在2050年或更早成為凈零碳排放的能源企業，計劃石油產量每年將下降1%～2%，到2030年將傳統燃料的產量減少55%；在可再生能源發電領域增加投資，到2030年新能源發電量新增出售560 GW·h。道達爾能源公司宣布2050年在全球生產業務以及客戶所使用的能源產品中實現凈零排放，全力推進新能源發電全產業鏈的系統發展，同時持續推進生物燃料的研發利用以及煉化工廠的“灰氫轉綠氫”計劃。埃尼集團(Eni)承諾2050年實現凈零排放，計劃在減少原油產量的同時增加天然氣的占比，2030年達到60%；2030年可再生能源發電能力達到30 GW，2050年達到60 GW，生物煉油廠產能在2035年達到6×10⁶ 噸/年；2050年碳捕集和封存(CCS)能力達到50噸CO₂；計劃將不斷增加可再生能源開發在投資中的占比，由2025年的30%到2030年60%再到2040年80%。

美國石油、石化公司認為石油需求長期向好趨勢不會有根本改變，認可研究產業低碳發展路徑的必要性，專注能源低碳轉型中具有競爭優勢的領域，如煉化企業低碳化發展，大力推廣生物燃料，發展氫燃料和碳捕集、利用和封存(CCUS)業務。埃克森美孚公司認為油氣資源仍是人類長期的能源需求，該公司以每5年設置減排目標的方式推進低碳轉型，計劃到2028年將碳排放強度減少35%(與2016年相比)。雪佛龍公司認為未來20年世界還需要更多的石油和天然氣供應，該公司堅持油氣業務為主體，但石油和天然氣領域在未來20年內或將不是公司的最大業務。

1.3 啟示

從美國、歐洲、日本等發達國家和地區的發展歷程看，其能源消費呈現“S”型規律，其石油消費已過峰值，能源消費總量下降帶動碳排放總量下降，使經濟增長與碳排放脫鉤。在其發展過程中，國家政策是推動石化公司能源低碳轉型的重要因素，但能源低碳轉型是一個漫長的漸進過程，較長時期內仍然難以改變以油氣為主的業務結構，總體看目前仍處于低碳轉型的起步階段，煉化產業的低碳發展符合本國或本地區能源低碳發展的特征。中國短期內對油氣和石化產品的依賴不會減少，為保障國家能源安全，中國煉化產業應充分借鑒國際石化公司的發展戰略，正確處理保障國家能源安全和實現“雙碳”目標的關系，采取“油氣+清潔能源”發展模式，走具有中國特色的低碳發展道路。

中國煉化產業發展現狀、碳排放情況及面臨的挑戰

2.1 發展現狀

產業規模位居世界首位。2022年，中國煉油能力9.2×10⁸ 噸/年，乙烯生產能力4675×10⁴ 噸/年，對二甲苯(PX)生產能力3467×10⁴ 噸/年，均居世界首位。至2021年底，國內千萬噸級煉油廠達到36座，單廠平均產能提高至528×10⁴ 噸/年；百萬噸級乙烯(以石油為基礎原料)企業達到13家，平均規模提高至70×10⁴ 噸/年。

逐步實現了煉化一體化發展。2022年，36座千萬噸級煉油廠中的23座實現了煉化一體化發展。一體化主要有“煉油-乙烯”，或“煉油-芳烴”，或“煉油-乙烯-芳烴”3種模式。

煉化技術整體處于國際先進水平。中國已具備采用自主知識產權技術建設千萬噸級煉油廠和百萬噸級乙烯裝置能力，擁有一批具有完全自主知識產權的核心技術和專有技術，部分技術世界領先。

成品油質量達到國際先進水平。中國國ⅥA/B汽柴油標準對組分類指標控制嚴格，個別指標嚴于歐Ⅵ汽柴油標準。2023年7月起在全國實施國ⅥB汽柴油標準。

2.2 碳排放情況

根據工信部2011年印發的《石油化工生產企業CO₂排放量計算方法》、國家發改委2014年印發的《中國石油化工企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》、IPCC 2006—2019年等的碳排放核算方法，測算2021年中國煉化產業二氧化碳排放總量約為5.26×10⁸ 噸，其中與能源相關排放量約占總排放量的45%；過程排放主要包括催化燒焦碳排放量約占8.5%和制氫排放量約占22.5%；間接排放量約占總排放量的24%。

2.3 碳達峰和碳中和預測

根據中國經濟未來發展趨勢，對未來煉化產業的原油加工量、主要化工產品產量進行了預測，如圖1所示。考慮總需求量、原料對外依存度、產業政策趨勢等因素，給出了不同時間節點下的預測數據。在此基礎上，針對未來產業的能源消費特征、主要原料特征和工藝路線等進行了分情景預設，提出了基準、碳中和2個發展情景。

基準情景：煉化產業主要工藝路線不發生重大變化、能源消費結構在當前現狀下基本保持穩定、氫氣來源不發生明顯變化。

碳中和情景：煉化產業消耗的化石燃料將會逐步實現大規模低碳電力替代，氫氣將由當前的煤制氫為主逐步轉變為綠氫為主，淘汰落后產能增上新產能，廢舊塑料回收率達到45%。

如圖2所示，基準情景下，中國煉化產業二氧化碳排放量2035年達到峰值，約為7.9×10⁸ 噸/年，比2021年高51%。其中，煉油產業二氧化碳排放量2027年達峰，約為2.6×10⁸ 噸/年；石油化工產業2035年達峰，約為5.6×10⁸噸/年。到2060年時，煉化產業二氧化碳排放量仍將達到4.78×10⁸噸/年，實現碳中和難度較大。

如圖3所示，碳中和情景下，中國煉化產業二氧化碳排放量2030年達到峰值，約為6.4×10⁸噸/年，比2021年高約22%。其中煉油產業二氧化碳排放量2027年左右達峰，約為2.4×10⁸ 噸/年；石油化工產業2032年達峰，約為4.4×10⁸ 噸/年。到2060年時，煉化產業二氧化碳排放量仍將達到1.5×10⁸ 噸/年，需要通過CCUS、碳交易和碳匯等措施，最終實現碳中和。

圖1 2023—2060年中國煉化產業原油加工量和 主要產品產量預測

圖2 2025-2060年基準情景下中國煉化 產業二氧化碳排放量預測情況

圖3 2025—2060年碳中和情景下中國煉化 產業二氧化碳排放量預測情況

2.4 實現“雙碳”目標面臨的嚴峻挑戰

(1)能源消耗高度依賴化石能源。煉油和乙烯能源消耗總量中化石能源的比例均超過90%，消耗的主要能源是為煉化生產過程供熱及供電的燃料與電力。

(2)碳減排基數大，碳排放量短期仍將增長。2021年中國煉化產業碳排放量約為5.26×10⁸ 噸/年，約占全國碳排放總量的5%。當前中國石化產品仍不能滿足經濟社會需求，工業化、城鎮化尚未完成，煉化產品需求仍將保持一定幅度增長，碳排放仍將呈現緩慢增長態勢。

(3)實現碳中和時間較為緊張。中國從碳達峰到碳中和只有30年時間；歐盟從碳達峰到碳中和有71年時間，美國有45年時間。時間緊、任務重，面臨的挑戰和任務將更加艱巨。

(4)碳中和技術尚不成熟。尚未形成全面支持從“高碳社會”向“碳中和社會”轉型的技術體系。風光電在煉化企業應用的比例由大電網中風光電占比而定，獨立開發風光電，較大比例直接接入企業微電網，風光電的隨機性會嚴重影響企業電網安全及煉化過程的安全。大規模開發綠氫替代化石能源制氫，受企業所處環境制約，很多煉化企業不具備條件。發展二氧化碳合成燃料和石化產品技術不成熟，經濟性差，實現技術突破和具有經濟性難度很大。二氧化碳地下封存，捕集與封存成本高，還受封存的地質條件的嚴重制約。

中國煉化產業的碳達峰與碳中和目標

3.1 碳達峰目標

結合中國能源稟賦情況和煉化產業發展實際，通過采取節能提高能效、現有煉化裝置節能降碳技術改造、增加低碳能源使用量、采用先進煉化技術等措施，逐步降低煉化產業碳排放強度，初步建成綠色低碳循環的現代產業體系，力爭2030年前煉化產業整體實現碳達峰，峰值約為6.4×10⁸噸/年。其中，鑒于中國煉油產能現已處于結構調整狀態，并且國家明確要求2025年將煉油產能控制在10×10⁸ 噸/年以內，中國煉油產業碳達峰時間可能在2027年左右，而中國乙烯當量需求自給率目前僅為68%，未來仍有發展必要，乙烯產業碳達峰時間可能在2032年左右。

3.2 碳中和目標

實現碳達峰以后，隨著降碳、零碳、負碳技術不斷成熟和逐步推廣應用，以及綠電、綠氫逐步大規模替代化石能源，中國煉化產業碳排放量經過5年左右平臺期后會逐步開始下降，理想狀態是到2060年時二氧化碳排放量下降到1.5×10⁸ 噸/年左右，需要通過CCUS、碳匯和碳交易等手段，最終實現碳中和。

中國煉化產業實現“雙碳”目標的實施路徑和支撐技術

為積極穩妥推進中國煉化產業實現碳達峰和碳中和，研究提出了7項實施路徑及其需要支撐的技術。

4.1 加大節能減碳改造力度，降低碳排放強度

(1)實施路徑。一是開發和推廣節能新技術、節能新設備和新材料，對現有煉化裝置進行技術改造，持續挖掘節能潛力，不斷提高能源利用效率。二是加快淘汰能耗較高的落后產能，對通過改造無法達到能耗標準的小煉油、小乙烯、小芳烴要下決心盡快淘汰。三是按照“宜油則油、宜烯則烯、宜芳則芳、宜材則材”的原則發展“油轉化”、“油轉特”，多產化工新材料、高檔潤滑油、高等級瀝青和針狀焦等高端碳材料，減少石化產品全生命周期碳排放。四是基于“分子/組分煉油”理念，加快開發并推廣新型催化材料與催化劑和基于新型催化材料與催化劑的綠色低碳煉化新技術、短流程煉化產品生產技術。五是開發各種“過程強化”的靈活應用技術。

(2)主要支撐技術。推進煉化產業節能減碳，要持續做好下列技術的創新開發和推廣應用：煉化一體化新技術、短流程煉油與石化產品生產技術、適應市場需要的產品結構優化技術、工藝過程和系統優化節能技術、“過程強化”的靈活運用技術、實現煉油與化工低碳化的重大改進型及重大變革型的催化材料和催化劑，見圖4。

4.2 提高能源轉換效率，減少化石能源消耗

(1)實施路徑。一是推廣燃氣輪機、提高工業爐熱效率。開發推廣適用于煉化企業的高汽/電比燃氣輪機技術，開發應用富氧燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒等工業爐能效提升技術，有效提高煉化企業化石能源轉換效率、降低碳排放。二是采用耦合工業燃料電池的化石能源轉化新路徑。易獲得天然氣的企業，在國內熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)熱電聯產技術沒有商業化前，可引進MCFC、SOFC熱電聯供技術。天然氣供應緊張的企業，可采用低瀝青收率的渣油溶劑脫瀝青-硬瀝青氣化-MCFC或SOFC熱電聯產技術，見圖5。三是采用耦合綠電的煉化產業再電氣化技術。再電氣化是降低化石能源消費的重要手段。煉化產業可實現“電能替代”的設備主要包括：電驅動替代汽輪機驅動、電加熱爐替代燃料加熱爐、電伴熱替代蒸汽伴熱等。

(2)主要支撐技術。結合煉化企業用能結構中燃料用量大的實際，要致力開發推廣應用提高能源轉化效率的技術，如高汽/電比燃氣輪機技術，工業爐富氧燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒技術，工業燃料電池熱電聯產技術，見圖6。

4.3 發展多能耦合的低碳能源系統，減少用能碳排放

(1)實施路徑。一是深度消納風光綠電。針對風電、太陽能發電具有隨機性、間歇性、波動性，不能滿足煉化企業必須具有連續穩定的電力系統要求的問題，開展綠電、儲能與煉化企業電力系統耦合的智能化調控技術及技術標準研究，為煉化企業發展分布式可再生電力提供技術支持；開展大型電加熱工業爐和餾分油蒸汽裂解爐等燃料轉電關鍵技術裝備攻關，積極推進可再生能源與煉化企業能源系統耦合發展。二是積極探索與小型核堆的耦合集成。小型核堆有供電供熱在一定范圍靈活調整的特點，穩定性可靠，契合煉化企業熱電系統的要求，通過開展小型核堆與煉化產業能源系統耦合的安全性與經濟性研究，制定煉化企業用能與小型核電供能耦合的法規標準，推進煉化企業與小型核電能源系統耦合項目的示范，為推廣應用打好基礎。三是推進能源系統智能化。充分應用新一代數字化、網絡化、智能化技術，推進能源系統智能化建設，匹配能源多能互補智能調控，建成“開放、互聯、共享、智慧”的“企業能源耦合互聯網”，保障物質流和能量流的安全有序流通、智能整合聚集、高效耦合利用。四是推進多能耦合體應用示范。在煉化企業能源供給系統中最大容量引入風光電，在有條件的企業合理推進綠電-綠氫耦合，促進煉化產業能效提升和綠色低碳轉型。

(2)主要支撐技術。主要包括小型核堆與煉化企業用能系統耦合技術及法規標準、電代燃料大型工業爐電氣化技術、風光綠電與煉化企業耦合技術、多能耦合低碳能源系統智能調控技術等，見圖7。

圖4 煉化過程節能減碳的主要支撐技術

圖5 瀝青氣化-MCFC或SOFC熱電聯產系統示意圖

圖6 提高能源轉換效率的主要支撐技術

Fig.6 Main supporting technologies of improving energy conversion efficiency

圖7 多能耦合低碳能源系統的主要支撐技術

Fig.7 Main supporting technologies of the multi-energy coupling low-carbon energy system

4.4 積極發展氫能，推進氫能交通和綠氫煉化

(1)實施路徑。一是推進氫能交通。利用綠氫的燃料電池汽車及其他交通運輸工具實現了清潔零碳，氫能交通的發展受到廣泛重視。據國際氫能委員會預計，到2050年，氫能將承擔全球18%的能源終端需求，燃料電池汽車將占據全球車輛的20%～25%，屆時將在車用動力能源消費結構中占顯著比例；中國以發展氫能重卡為主要目標，提出2030年燃料電池汽車要達到100萬輛。據中國氫能協會預計，2030年要實現碳達峰目標，中國氫氣需求量將達到3715×10⁴噸/年，其中綠氫希望占13%左右；2060年要實現碳中和目標，中國氫氣需求量將達到1.3×10⁸ 噸/年，其中綠氫規模有望達到1×10⁸ 噸/年。當前煉化產業作為氫能的主要生產企業，在滿足自身生產所需氫氣的同時，還需要滿足交通領域用氫需求，推動交通領域減少碳排放。二是發展綠氫煉化。在風光電供應充足穩定可靠的基礎上，煉化企業用綠電制氫替代原有的化合能源制氫，有顯著減少碳排放的效果，用綠氫和二氧化碳合成負碳燃料、化學品和材料，將成為支持碳中和的有力措施。

(2)主要支撐技術。包括綠氫制備技術、固體儲氫技術、液體儲氫技術、液氫技術、管道輸氫技術、綠氫煉化技術、綠氫固碳生產負碳燃料和化工產品技術等，見圖8。

圖8 積極發展氫能、推進氫能交通和綠氫煉化的 主要支撐技術

4.5 發展生物制造，開發生物基運輸燃料、化學品與材料

(1)實施路徑。一是開發并推廣生物基燃料技術。堅持不與民爭糧，重點發展以農林廢棄物為原料生產纖維素乙醇和生物噴氣燃料(又稱生物航空煤油)，以動植物油脂為原料生產生物航空煤油和生物柴油，以廚余垃圾為原料生產生物燃氣。二是開發并推廣生物基化學品。重點發展生物質制乙烯、丙烯、PX、醋酸、丁二酸等可以用作合成生物基材料單體的化學品。三是開發與推廣生物基材料。重點發展生物基聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)等合成樹脂，黏膠纖維、醋酸纖維、莫代爾纖維等纖維素纖維，生物基稀土順丁橡膠、稀土異戊橡膠等合成橡膠。

(2)主要支撐技術。包括農林廢棄物和廚余垃圾生產生物乙醇、生物航空煤油、生物柴油、生物燃氣等生物基燃料和用作生物基聚合物單體的化學品與生物基材料技術，見圖9。

圖9 生物制造、生物基運輸燃料、化學品與材料的主要支撐技術

4.6 推進廢棄合成材料回收利用，發展循環經濟

(1)實施路徑。廢舊合成材料資源化利用，主要包括物理回收和化學回收2條路徑。物理回收利用通常是將廢棄高分子材料收集、清洗后直接加工或改性加工成產品，往往伴隨著材料性能的降低和應用領域受限。化學回收利用途徑，是通過化學反應將廢棄高分子材料轉化為油品或單體，廢棄高分子材料的回收利用是發展循環經濟，實現綠色降碳的重要措施。

(2)主要支撐技術。包括組成復雜的廢塑料熱解和催化裂解制油技術、聚酯等廢棄物化學降解生產單體技術；組成單一的廢棄熱塑性合成材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等再利用技術，見圖10。

圖10 推進廢棄合成材料回收利用的主要支撐技術

4.7 開展生物能源與碳捕集和儲存(CCUS/BECCS)，實現二氧化碳資源化利用

(1)實施路徑。一是推動二氧化碳驅油或地質封存。在二氧化碳排放源和驅油或封存可匹配的地區，靈活利用吸收、吸附、膜分離、低溫分餾等方式，對煉化產業不同排放源的二氧化碳進行捕集后，將其管輸到油田用于驅油或注入合適地層進行封存。二氧化碳封存要認真進行地下儲存的機理、儲層地質條件、地表安全性研究，優選大規模存儲的地質構造，進行封存工程技術開發。二是推動二氧化碳化工利用。利用二氧化碳可以生產無機產品、各類基礎有機化工產品、燃料和高分子材料。從最大量利用二氧化碳出發，利用的重點是可以大規模固碳的產品，如甲醇、乙醇、一氧化碳、生物微藻等。

(2)主要支撐技術。包括低能耗、低成本的二氧化碳捕集、封存技術，產品大宗化的二氧化碳加氫制甲醇、乙醇技術和二氧化碳制一氧化碳技術，見圖11。

圖11 二氧化碳捕集封存和利用的主要支撐技術

對策建議

(1)根據中國煉化產業發展階段，制定科學合理的降碳政策。一是煉化產業的主要產品噴氣燃料、石油焦、潤滑油、高等級道路瀝青等和高端石化產品市場需求目前還在以較高速度增長，未來發展速度會逐步趨緩，但在較長時間內還會是增長態勢。國家應對煉化產業制定差異化的減碳政策，對符合國家產業政策但碳排放會增加的項目，國務院及各省市要支持發展；對“油轉化”、“油轉特”項目，要允許合理增加化石能源使用和碳排放指標。二是煉化生產過程的特點決定其能源系統必須連續、穩定、可靠，間歇性、隨機性的可再生電力無法滿足其要求，只能適度接入。國家要支持煉化企業充分利用周邊環境發展風電與光伏發電，鼓勵風電、光伏發電適度直接進入企業電網系統，需要上網的，明確規定降低上網費。

(2)制定支持政策，推進現有煉化企業低碳化技術改造。一是提高原油加工深度、提高原油利用率的改造項目，符合國家能源安全的需求，但隨著加工深度的提高，能耗與碳排放必然會增加。國家應明確規定對有利于減少原油進口依存度、提高煉油加工深度的項目，可以合理增加能耗和碳排放指標。二是對單位產品能耗和碳排放降低的項目，在能耗和碳排放總量不增加的前提下，允許增加產品生產能力。三是企業淘汰落后產能和實施技術改造后，減少的能耗和碳排放指標，可以在企業內部調劑使用。

(3)鼓勵煉油與化工行業開發利用農林廢棄物和廢棄合成材料。煉化產業利用農林廢棄物跨界發展生物制造，利國利民，對產業減碳和發展循環經濟有利。但企業實施過程存在投入大、無效益的情況。國家應制定政策給予鼓勵。一是生產的燃料核定數量后免征消費稅和減征所得稅；二是生產的材料減征增值稅和免征所得稅。

(4)支持煉化企業能源系統與小型核堆耦合的工業示范。煉化企業能源系統與小型核堆供熱發電耦合具有十分顯著的減碳優勢，經濟性也可以和天然氣供熱發電競爭。但目前中國只有建設大型壓水反應堆的法規標準，還沒有適用于小型核堆和石化用能系統耦合的設計、建設、運維的法規標準，實現小型核堆與煉化企業能源系統耦合在規劃、建設、監管等方面存在很多約束。建議組織石化企業和核電企業，開展小型核堆與石化企業能源系統耦合的安全性和經濟性研究，根據研究結果制定小型核堆與石化能源系統耦合的法規標準，支持小型核堆與石化用能系統耦合的示范項目，積極探索建立煉化企業與小型核堆耦合的新型低碳能源系統。

(5)支持煉化行業引進工業燃料電池等先進關鍵技術，加快提升化石能源轉化效率。SOFC、MCFC等技術可以做到電-熱聯供，同樣利用化石能源，能源轉化效率大幅度增高，在穩定為煉化企業供能的同時可以做到低碳、高效、清潔，雖然國內在工業燃料電池領域有所布局，但其實驗裝置距離產業化仍有系列技術難題，建議出臺有關政策支持煉化產業引進SOFC、MCFC等工業燃料電池等先進關鍵技術，開展工業燃料電池供電與供能的示范，同時促進國內工業燃料電池的開發和推廣應用。

內容來源：中國化工信息周刊

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