王 偉，劉家海，劉百?gòu)?qiáng)

(中國(guó)石化武漢分公司，湖北 武漢 430082)

低碳發(fā)展模式，不僅是指低的二氧化碳排放，還包含低的污染物排放，以及低碳消費(fèi)的理念和文化。2009年12月哥本哈根聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)結(jié)束以來(lái)，二氧化碳減排指標(biāo)與低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為中國(guó)普通公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。

2005年全球碳排放量275億t，其中中國(guó)53億t，占全球的19.3%，僅次于美國(guó)；2009年全球碳排放量310億t，其中中國(guó)76億t，占全球的24.5%，名列第一；值得指出的是，這四年來(lái)全球碳排放量?jī)粼?5億t，而中國(guó)凈增23億t，達(dá)65.7%。2008年，我國(guó)單位GDP能源消耗為0.44 t油當(dāng)量/千美元，是世界平均水平的2.6倍。

石油化工行業(yè)是以原油為原料的石油煉制加工及以其中間產(chǎn)品為原料的化學(xué)品(包括樹(shù)脂、化纖、橡膠、芳烴類(lèi)產(chǎn)品等)制造業(yè)。石油化工企業(yè)作為能源的提供者，同時(shí)也是能源消耗大戶(hù)。在我國(guó)的工業(yè)行業(yè)中，石油化工是第4大能源消耗大戶(hù)，同時(shí)也是二氧化碳排放總量居第4位的行業(yè)。2010年全國(guó)原油加工量達(dá)到5.0億t，對(duì)外依存度高達(dá)53%，預(yù)計(jì)2020年全國(guó)原油加工量將達(dá)到7.5億t[1，2]。石油化工行業(yè)走低碳發(fā)展之路勢(shì)在必行。

1 石油化工產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化

1.1 成品油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與歐美接軌

隨著環(huán)保要求的日益提高，石化產(chǎn)業(yè)首先應(yīng)該為社會(huì)貢獻(xiàn)更加清潔的燃料。隨著石化產(chǎn)業(yè)的逐步升級(jí)，成品油標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，主要表現(xiàn)在：汽柴油的硫含量降低、汽油烯烴和苯含量降低以及柴油十六烷值的提高。這些指標(biāo)的升級(jí)，有利于提高汽車(chē)的燃燒效率，減少有害物質(zhì)的排放。研究表明，國(guó)Ⅱ汽油升級(jí)到國(guó)Ⅲ汽油，硫含量從500×10-6降至150×10-6，汽車(chē)尾氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锱欧帕糠謩e下降13%、9%和24%。

歐標(biāo)和國(guó)標(biāo)(北京)汽油和柴油硫含量升級(jí)路線(xiàn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 歐標(biāo)和國(guó)標(biāo)(北京)汽油(a)和柴油(b)硫含量升級(jí)路線(xiàn)圖

從圖1可以看到，盡管我國(guó)清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施較晚，但已逐步達(dá)到了國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 化工產(chǎn)品的環(huán)保要求日趨嚴(yán)格

REACH法規(guī)，即歐盟《關(guān)于化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)與限制的法規(guī)》(the Registration，Evaluation，Authorization and Restriction of Chemicals)，涉及大約3萬(wàn)多種化工產(chǎn)品和300萬(wàn)～500萬(wàn)種應(yīng)用化學(xué)品的物品注冊(cè)、檢測(cè)、評(píng)估和市場(chǎng)準(zhǔn)入等一系列工作，是歐盟對(duì)進(jìn)入其市場(chǎng)的所有化學(xué)品進(jìn)行預(yù)防性管理的法規(guī)，于2007年6月1日正式實(shí)施，2008年6月1日至12月1日進(jìn)行產(chǎn)品的預(yù)注冊(cè)，對(duì)我國(guó)石油和化工行業(yè)產(chǎn)生重大影響，迫使石油化工采用清潔生產(chǎn)工藝，加快與國(guó)際先進(jìn)水平接軌的進(jìn)程，同時(shí)也是中國(guó)加入世貿(mào)以來(lái)面臨的最大貿(mào)易技術(shù)壁壘。由于成本的上升，許多對(duì)環(huán)境有污染、危及人體健康的化工產(chǎn)品，其生產(chǎn)地可能從歐盟轉(zhuǎn)移到我國(guó)生產(chǎn)。

2 石油化工生產(chǎn)過(guò)程的清潔化

實(shí)施清潔生產(chǎn)是石油化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好的必然途徑，對(duì)于減少污染物排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

2.1 清潔化的生產(chǎn)工藝

石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的清潔化，重點(diǎn)在于實(shí)施產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，優(yōu)選生產(chǎn)技術(shù)，從加工工藝的源頭脫除污染的成分；同時(shí)，盡可能地將污染物轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的產(chǎn)品。

(1)加氫工藝

加氫工藝是目前油品清潔化和輕質(zhì)化的重要手段，在煉廠的地位日趨重要[3]。加氫工藝是在催化劑(Ni-Mo、Ni-W、Co-Mo等)作用下，通過(guò)氫氣參與反應(yīng)脫除油品中S、N、O和金屬等雜質(zhì)元素，并可使油品輕質(zhì)化的煉油工藝。加氫處理過(guò)程既是成品油清潔化的過(guò)程，也是煉油企業(yè)生產(chǎn)工藝清潔化的過(guò)程。采取加氫工藝路線(xiàn)，在獲得清潔油品的同時(shí)，汽油的辛烷值有所損失，生產(chǎn)成本上升。催化裂化原料加氫預(yù)處理，不僅可以滿(mǎn)足清潔油品的需要，還可以大幅度減少加工過(guò)程中SOx和NOx的排放，提高加工工藝的商品率，綜合效益良好，是一條清潔化的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)。催化原料加氫工藝和渣油加氫工藝的廣泛采用使煉油企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程清潔化達(dá)到了新的高度。在目前高油價(jià)、油品質(zhì)量升級(jí)步伐加快和減排要求越來(lái)越高的形勢(shì)下，催化原料加氫處理工藝和渣油加氫工藝已經(jīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用普遍。

煉油總流程中的加氫工藝路線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 煉油總流程中的加氫工藝路線(xiàn)

汽柴油加氫是成品油質(zhì)量升級(jí)的重要手段。其加氫脫硫反應(yīng)式如下：

(2)吸附脫硫技術(shù)

汽油吸附脫硫(S-zorb技術(shù))是目前應(yīng)用較多的清潔汽油生產(chǎn)工藝，由ConocoPhillips公司開(kāi)發(fā)，主要用于汽油的深度脫硫。該技術(shù)基于吸附反應(yīng)原理，可在辛烷值損失較小的情況下使汽油產(chǎn)品的硫含量降至10×10-6以下。

S-zorb反應(yīng)分為吸附和再生兩部分。反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的脫硫反應(yīng)主要機(jī)理如下：

該反應(yīng)需在氣態(tài)氫存在的條件下進(jìn)行。

再生器內(nèi)的氧化反應(yīng)可以脫除吸附劑上的硫：

ZnS(s)+1.5O2→ ZnO(s)+SO2

SO2隨再生煙氣引入硫磺裝置尾氣處理單元，凈化煙氣總硫排放濃度<300 mg·Nm-3，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)加氫工藝難以脫除雜環(huán)分子(如噻吩硫)的硫，如果加大反應(yīng)苛刻度，會(huì)造成汽油辛烷值損失過(guò)大。目前中國(guó)石化已買(mǎi)斷S-zorb技術(shù)的使用權(quán)，并已在中石化8家企業(yè)工業(yè)應(yīng)用，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)國(guó)V汽油(硫含量<10×10-6)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 石油化工企業(yè)三廢處理技術(shù)的發(fā)展

廢水治理方面，中國(guó)石化在新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)的過(guò)程中，更加注重污水的處理和回用。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)污水處理工藝的改進(jìn)，如MBR膜生物反應(yīng)器、臭氧+BAF曝氣生物濾池技術(shù)等，并從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的PACT+WAR技術(shù)，逐步將污水排放COD指標(biāo)由<100×10-6降至60×10-6。隨著生化出水指標(biāo)的改善，污水回用得到推廣。鎮(zhèn)海煉化對(duì)污水適度處理后，回用率達(dá)85%以上，污水零排放正在成為現(xiàn)實(shí)。

廢氣治理方面，主要采取的措施是酸性氣的回收利用和減少火炬氣體排放。目前硫磺回收裝置均采用克勞斯工藝及尾氣加氫還原、吸收工藝(SSR工藝)，SO2的排放濃度可以控制在<800×10-6。氣柜低壓瓦斯經(jīng)升壓后脫硫，不僅能減少火炬氣體排放，而且能回收其中的液化氣組分，提高加熱爐的熱效率。

廢渣治理方面，采用緩和濕式氧化工藝(撫順石油化工研究院開(kāi)發(fā))，將堿渣脫臭后再回收粗酚，基本杜絕臭氣散發(fā)的現(xiàn)象；采用輕質(zhì)溶劑油對(duì)堿液反抽提工藝，降低催化裂化和焦化液化氣脫硫醇?jí)A液消耗；將貴金屬?gòu)U催化劑返催化劑廠回收，將脫水后的油泥送入焦化處理，回收其中的石油類(lèi)物質(zhì)。

2.3 石油化工企業(yè)清潔生產(chǎn)的論證

清潔生產(chǎn)，是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、運(yùn)輸和產(chǎn)品使用過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的危害。

石化行業(yè)通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和強(qiáng)化內(nèi)部管理，堅(jiān)持走清潔化生產(chǎn)的路線(xiàn)。1996～2005年，中國(guó)石化共完成3批59套裝置和9家企業(yè)的清潔生產(chǎn)審核和論證，實(shí)施了1851個(gè)清潔生產(chǎn)方案；在環(huán)境效益方面，減少?gòu)U水產(chǎn)生量1097萬(wàn)t·a-1，其中COD 1.3萬(wàn)t·a-1，減少?gòu)U氣產(chǎn)生量15.3億m3·a-1，減少固廢產(chǎn)生量1.9萬(wàn)t·a-1。

3 石油化工企業(yè)能源消耗的減量化

3.1 石油化工企業(yè)煉化一體化的發(fā)展

石油化工的煉化一體化能合理利用、優(yōu)化配置石油資源，節(jié)省投資，減少占地，降低操作費(fèi)用，降低能耗，提高勞動(dòng)效率，比較經(jīng)濟(jì)地處理環(huán)保問(wèn)題，是降低加工成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排的基礎(chǔ)，也是目前石化企業(yè)的發(fā)展方向。

煉化一體化的優(yōu)勢(shì)主要是資源的高效利用，“宜油則油，宜烯則烯，宜芳則芳”。在降低加工成本、提高效益上優(yōu)勢(shì)更明顯：由于原料互供，降低了原料成本；公用工程可以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化共享，降低了操作成本；副產(chǎn)品的互供實(shí)現(xiàn)了資源優(yōu)化，煉廠飽和輕烴與干氣提濃得到的乙烯和乙烷作乙烯原料，優(yōu)化了乙烯原料，乙烯的甲烷氫作煉廠制氫原料，降低了煉廠制氫的成本。對(duì)中國(guó)石化煉化一體化企業(yè)和煉油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煉化一體化企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益、加工成本、加工損失、能耗以及環(huán)保指標(biāo)方面均明顯優(yōu)于煉油企業(yè)。

IGCC(Integrated gasification combined cycle)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置以煤或脫油瀝青為原料，提供煉化生產(chǎn)所需部分氫氣和大部分超高壓蒸汽及部分電力，是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。IGCC應(yīng)用于大型石化企業(yè)，既可以利用石化企業(yè)低價(jià)值的瀝青質(zhì)原料，又可以提供廉價(jià)的氫氣資源，滿(mǎn)足企業(yè)清潔化生產(chǎn)對(duì)寶貴氫源的需求，體現(xiàn)了煉化一體化優(yōu)勢(shì)和資源的高效利用。在目前技術(shù)水平下，IGCC發(fā)電的凈效率可達(dá)43%～45%，而污染物的排放量?jī)H為常規(guī)燃煤電站的1/10，脫硫效率達(dá)99%，二氧化硫排放在25 mg·Nm-3左右，遠(yuǎn)低于GB13271-2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二氧化硫排放值500 mg·Nm-3，且其氮氧化物排放只有常規(guī)電站的15%～20%，耗水只有常規(guī)電站的1/2～1/3。該技術(shù)已在福建煉化公司得到成功應(yīng)用。

3.2 石油化工企業(yè)高效節(jié)能技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用

“十一五”期間，煉化企業(yè)集中推廣了全廠用能優(yōu)化、低溫余熱利用、裝置熱聯(lián)合供料、減壓深拔、焦化裝置吸收穩(wěn)定改造、氫氣資源優(yōu)化、節(jié)電、節(jié)水和蒸汽優(yōu)化等專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)，乙烯企業(yè)重點(diǎn)推廣和實(shí)施了乙烯裂解爐空氣預(yù)熱技術(shù)和乙烯裂解爐扭曲片強(qiáng)化傳熱技術(shù)，取得了顯著的效果。

(1)石油化工企業(yè)高效節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)石化企業(yè)能源消耗占原油加工量的6%～8%，占加工成本的60%～80%。近年來(lái)，隨著原油價(jià)格的持續(xù)高漲、控制技術(shù)和設(shè)備制造技術(shù)的提高，石油化工企業(yè)裝置間的熱聯(lián)合、低溫?zé)崂煤蛷U氫資源利用等能量全局優(yōu)化不僅在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也勢(shì)在必行。

裝置之間熱供料和低溫?zé)崂檬侨珡S用能優(yōu)化的基礎(chǔ)，也是石油化工企業(yè)能量利用全局優(yōu)化的重點(diǎn)[4]。煉廠熱聯(lián)合避免了上游裝置冷卻消耗循環(huán)水、下游裝置加熱消耗燃料的不合理用能。按照溫度對(duì)口、梯級(jí)利用的原則，利用催化裝置、焦化裝置120℃左右的低溫?zé)?，替代氣體分餾裝置重沸器以及罐區(qū)維溫與管線(xiàn)保溫用蒸汽，可降低煉廠能耗4～6 kgE0·t-1。

隨著油品質(zhì)量升級(jí)的加快，氫氣資源成為制約煉廠加工成本的重要因素。目前煉廠制氫的原料來(lái)源于煉廠干氣、天然氣、煤、石腦油、重油等，從制氫成本、供應(yīng)的穩(wěn)定性與減少CO2排放綜合考慮，采用煤制氫或IGCC工藝副產(chǎn)氫氣具有一定的優(yōu)勢(shì)，將頂替下來(lái)的煉廠干氣進(jìn)行碳二提濃可以進(jìn)一步優(yōu)化乙烯原料，提高煉油與乙烯的綜合效益。

(2)石油化工企業(yè)高效節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

加熱爐的燃料消耗約占煉油能耗的20%～30%，降低燃料消耗是煉廠節(jié)能減排的重要一環(huán)。國(guó)內(nèi)石化企業(yè)集成先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和裝備，推行示范爐的改造，改造后平均熱效率為92.1%，提高加熱爐效率接近2%，如對(duì)中國(guó)三大石油化工企業(yè)的加熱爐進(jìn)行改造，節(jié)約燃料油可達(dá)30萬(wàn)t以上，效益顯著。

目前在我國(guó)石油化工行業(yè)中，換熱設(shè)備總投資占設(shè)備總投資的30%以上，采用節(jié)能技術(shù)的高效換熱器不僅可提高能源利用率，而且減少了金屬材料的消耗。采用熱管強(qiáng)化傳熱技術(shù)和殼程強(qiáng)化傳熱技術(shù)的翅片管式換熱器和折流板式換熱器已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

3.3 企業(yè)間資源的耦合利用

區(qū)域和工業(yè)園區(qū)內(nèi)跨行業(yè)企業(yè)資源的耦合利用，是更高層次的資源優(yōu)化利用，也是目前低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。電力企業(yè)供給石化企業(yè)和鋼鐵企業(yè)蒸汽，可以提高電力企業(yè)的平均熱效率，石化企業(yè)和鋼鐵企業(yè)可以節(jié)省建設(shè)鍋爐的投資。鋼鐵企業(yè)向石化企業(yè)供應(yīng)本應(yīng)排放掉的高純度氮?dú)?，石化企業(yè)停掉產(chǎn)氮?dú)獾目辗盅b置，可減少大量的電力消耗。資源的耦合不僅給各方帶來(lái)非?？捎^的效益，而且大幅減少區(qū)域二氧化碳和二氧化硫排放，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的低碳經(jīng)濟(jì)[5]。化肥企業(yè)應(yīng)用粉煤氣化技術(shù)進(jìn)行“油改煤”、“油改氣”的原料線(xiàn)路改造，節(jié)約輕石腦油，消化加工含硫原油產(chǎn)生的含硫石油焦，向煉油裝置提供氫氣，既解決了煉油廠石油焦的出路，又大幅降低了化肥生產(chǎn)的成本。

4 石油化工企業(yè)低碳發(fā)展效果

與2005年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比，2009年中國(guó)石化在工業(yè)總產(chǎn)值大幅增加的情況下，外排廢水中COD總量降低15%，廢氣中二氧化硫排放總量降低30%以上，提前完成了國(guó)家提出的“十一五”期間主要污染物減排10%的目標(biāo)。中國(guó)石化2005～2009年原油加工量、萬(wàn)元產(chǎn)值能耗、COD及SO2排放總量見(jiàn)圖3。

圖3 中國(guó)石化2005～2009年原油加工量(a)、萬(wàn)元產(chǎn)值能耗(a)、COD排放總量(b)及SO2排放總量(b)

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，對(duì)石油資源的需求不斷增長(zhǎng)，而我國(guó)石油資源對(duì)外的依存度也不斷在攀升。石油化工企業(yè)自身的特點(diǎn)決定其必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，走低碳發(fā)展之路，承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任，做資源節(jié)約型、環(huán)境友好型兩型企業(yè)建設(shè)的排頭兵。石油化工企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化、生產(chǎn)過(guò)程的清潔化和能源消耗的減量化，提升了我國(guó)石油化工企業(yè)國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是石油化工企業(yè)低碳發(fā)展的必然選擇。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中華人民共和國(guó)2009年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[R].2010.

[2] BP世界能源統(tǒng)計(jì)[J/OL].2010.

[3] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國(guó)石化出版社，2004:98.

[4] 華賁.煉油廠能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009：59-65.

[5] 劉家海.企業(yè)間資源耦合：低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效途徑——以武漢市青山區(qū)工業(yè)企業(yè)為例[J].科技進(jìn)步與對(duì)策，2010，27(22)：107-111.