李明豐， 吳 昊， 沈 宇， 褚 陽， 于 博

(中國石化 石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

1 煉化行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)

1.1 煉油企業(yè)減碳?jí)毫?/h3>

2020年9月，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上提出，中國二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)峰，爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。同年12月12日，習(xí)近平主席在“領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)”上進(jìn)一步宣布，到2030年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，這意味著碳達(dá)峰峰值與當(dāng)前相比不會(huì)有顯著增加。目前，中國是全球碳排放量最大的國家，約占世界總碳排放量的30%，單位GDP能耗約是發(fā)達(dá)國家的2～3倍，從碳達(dá)峰到碳中和僅有30年的過渡期，遠(yuǎn)少于發(fā)達(dá)國家50～70年的時(shí)間跨度，在保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展的前提下實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，時(shí)間緊、任務(wù)重。中國每年在石油加工環(huán)節(jié)中排放的二氧化碳總量約5×108t，碳減排對(duì)于石化行業(yè)來說是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)且緊迫的任務(wù)。石化行業(yè)體量大、流程長(zhǎng)、發(fā)展慣性大、路徑依賴強(qiáng)，在滿足人民生活需要前提下實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.2 市場(chǎng)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變帶來的挑戰(zhàn)

1.2.1 煉油加工能力過剩

從2017年開始，中國煉油能力重回增長(zhǎng)軌道。由于民營大型煉化項(xiàng)目相繼建成投產(chǎn)，中國煉油能力繼續(xù)較快增長(zhǎng)，2021年末已趕上美國，達(dá)到9.1×108t/a，“十四五”期間煉油能力仍將延續(xù)較快增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。雖然近兩年國內(nèi)煉油廠開工率有所上升，但仍不足78%，低于全球平均水平。2021年中國煉油能力實(shí)際過剩至少2×108t，目前還有多個(gè)千萬噸級(jí)煉油項(xiàng)目在規(guī)劃建設(shè)中，未來國內(nèi)煉油能力過剩的形勢(shì)將更加嚴(yán)峻[1]。

1.2.2 煉油產(chǎn)品需求發(fā)生變化

煉油企業(yè)過去一直以生產(chǎn)成品油為主。從市場(chǎng)表現(xiàn)來看，柴油需求已呈下降趨勢(shì)，汽油需求接近達(dá)峰，航空煤油(航煤)需求仍有一定增長(zhǎng)空間但受疫情沖擊明顯，國內(nèi)成品油表觀消費(fèi)量近年來基本維持在3×108t/a 的水平。新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，將促使成品油整體消費(fèi)量加速見頂并開啟下降通道，而同期隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，石化產(chǎn)品呈現(xiàn)出巨大的增長(zhǎng)潛力，化工原料將在石油消費(fèi)占比中逐步提高，推動(dòng)煉油向化工產(chǎn)品生產(chǎn)轉(zhuǎn)型。雖然就全生命周期而言，石油煉制從生產(chǎn)成品油向生產(chǎn)化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)型是碳排放減少的過程，但由于生產(chǎn)化工產(chǎn)品能耗高于生產(chǎn)成品油，在生產(chǎn)端其碳排放呈上升趨勢(shì)。

1.2.3 市場(chǎng)波動(dòng)的挑戰(zhàn)

原油價(jià)格的大幅度波動(dòng)也是煉化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。為保障原油供應(yīng)的穩(wěn)定性，煉化企業(yè)需要保持一定的原油庫存，同時(shí)利用期貨及衍生品來對(duì)沖風(fēng)險(xiǎn)。但是化工產(chǎn)品價(jià)格與成品油定價(jià)機(jī)制不同，更多的受行業(yè)景氣周期影響，化工產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)帶來的不利影響需要煉化企業(yè)自我消化，對(duì)于煉油企業(yè)的化工轉(zhuǎn)型是極大的挑戰(zhàn)。流程工業(yè)的特點(diǎn)決定了煉化企業(yè)的加工流程相對(duì)固定，但較為靈活的加工方案不僅可以為企業(yè)在不同市場(chǎng)環(huán)境中創(chuàng)造更大價(jià)值，而且可以在產(chǎn)品市場(chǎng)供需及價(jià)格出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，幫助企業(yè)掌握更大主動(dòng)權(quán)。

1.2.4 產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升

黨的十九大報(bào)告明確指出：“中國特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，我國社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾”。產(chǎn)品的質(zhì)量和對(duì)環(huán)境的保護(hù)對(duì)于建設(shè)社會(huì)主義生態(tài)文明的重要性不言而喻。中國自2000年推行無鉛汽油以來，煉油行業(yè)通過不斷提升汽、柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)快速升級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量，降低污染物含量，目前國內(nèi)執(zhí)行的國ⅥA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，并計(jì)劃從2023年1月1日起執(zhí)行國ⅥB標(biāo)準(zhǔn)，屆時(shí)車用汽油及柴油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將更加嚴(yán)苛。從2020年1月起，國際海事組織(IMO)執(zhí)行新的硫排放限制法令，將全球船舶使用燃料油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)上限由3.5%降至0.5%，并在排放控制區(qū)域施行更嚴(yán)格的監(jiān)管，要求船用燃料油(船燃)的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過0.1%。作為IMO成員國，中國政府從政策保障、低硫船用燃料油供應(yīng)等方面積極響應(yīng)IMO的限硫令新政?？傊S著國內(nèi)環(huán)保要求日益嚴(yán)格以及供給側(cè)改革不斷深化，煉化產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)升級(jí)將是大勢(shì)所趨[2]。同時(shí)，《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的頒布執(zhí)行，也將很大程度影響煉化企業(yè)的加工成本。

2 市場(chǎng)與“雙碳”目標(biāo)雙導(dǎo)向下煉油行業(yè)發(fā)展方案

中國煉油行業(yè)面臨低端產(chǎn)能過剩、高端產(chǎn)能不足的發(fā)展困境，整體“大而不精”問題愈發(fā)突出。隨著煉油行業(yè)市場(chǎng)化進(jìn)程疊加“雙碳”目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)，中國煉油結(jié)構(gòu)將迎來深度調(diào)整。

煉油企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是應(yīng)對(duì)煉油加工能力過剩和煉油產(chǎn)品需求變化的主要舉措。具體而言，第一，成品油質(zhì)量不斷升級(jí)是所有煉油企業(yè)面臨的永恒主題。第二，原油加工能力2×106t/a以下的煉油廠將逐步關(guān)停，原油加工能力2×106t/a以上且不具備經(jīng)濟(jì)規(guī)模的煉油廠關(guān)閉的可能性也比較大。第三，煉油從生產(chǎn)成品油轉(zhuǎn)向直接生產(chǎn)基本有機(jī)化工原料、特殊化學(xué)品，將成品油轉(zhuǎn)化成基本有機(jī)化工原料均是重要方向。

碳減排則需要充分考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)籌實(shí)施，從近期到中期，可選擇的技術(shù)路線包括能效提升、原油調(diào)和優(yōu)化、氫氣系統(tǒng)優(yōu)化、以分離技術(shù)為核心的組分煉油、包含廢塑料化學(xué)循環(huán)在內(nèi)的廢棄資源循環(huán)利用、短流程化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)等；從中期到遠(yuǎn)期，則更加需要低碳原料和負(fù)碳技術(shù)，如生物質(zhì)原料、綠電、綠氫、二氧化碳利用技術(shù)等。

2.1 質(zhì)量持續(xù)提升下的關(guān)鍵煉油技術(shù)

國Ⅵ車用汽油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，烷基化汽油在汽油調(diào)和組分中的比例將大幅提高，汽油終餾點(diǎn)仍會(huì)進(jìn)一步下降。更低能耗的烷基化技術(shù)、增產(chǎn)烷基化原料技術(shù)、低成本降苯技術(shù)、C9+芳烴輕質(zhì)化等將是汽油升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)。

作為在未來一段時(shí)間內(nèi)需求量仍會(huì)不斷上升的航煤，需重點(diǎn)研發(fā)高密度航空煤油(又稱高密度噴氣燃料或者超大比重航煤)生產(chǎn)技術(shù)。該種航煤具有高容積能量特性，與普通噴氣燃料相比航程增益大、熱安定性好，特別適于超音速飛行。

柴油的質(zhì)量升級(jí)將面臨進(jìn)一步降低多環(huán)芳烴含量的壓力，如何避免多環(huán)芳烴加氫反應(yīng)受熱力學(xué)平衡影響，是進(jìn)一步降低柴油中多環(huán)芳烴含量的關(guān)鍵。柴油深度加氫脫硫RTS技術(shù)采用高低溫雙反應(yīng)區(qū)操作工藝路線，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)加氫反應(yīng)過程的分區(qū)控制，打破了多環(huán)芳烴加氫飽和熱力學(xué)平衡限制，可以在緩和條件下有效降低柴油中多環(huán)芳烴含量，延長(zhǎng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

低硫船燃雖然市場(chǎng)廣闊，但目前煉油廠生產(chǎn)低硫船燃成本較高，利潤有限。多產(chǎn)丙烯和低硫燃料油組分的催化裂化與加氫脫硫技術(shù)(MFP)已經(jīng)完成工業(yè)試驗(yàn)，是低成本生產(chǎn)低硫船燃的重要技術(shù)。

2.2 環(huán)保目標(biāo)持續(xù)提升下的關(guān)鍵技術(shù)

石油煉制企業(yè)生產(chǎn)過程的污染源主要分為廢氣污染、廢液污染以及固體廢物污染[3]。針對(duì)不同污染源，需要開發(fā)不同的環(huán)保處理技術(shù)，例如針對(duì)固廢的固廢共氣化功能島、污泥減量化技術(shù)[4]、場(chǎng)地污染識(shí)別[5]、遷移轉(zhuǎn)化模擬[6]以及新型淋洗-生物耦合土壤修復(fù)技術(shù)，處理廢液污染的新技術(shù)包括水冷器漏油溯源技術(shù)、循環(huán)水低磷緩蝕阻垢技術(shù)[7]、難生化廢水高效預(yù)處理技術(shù)等，目前這些技術(shù)均已初顯成效。

2.3 煉油結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

2.3.1 生產(chǎn)基本有機(jī)化工原料

石油最重要的消費(fèi)領(lǐng)域是運(yùn)輸業(yè)和工業(yè)，新興經(jīng)濟(jì)體的壯大和中產(chǎn)階層人口的增加推動(dòng)了對(duì)烯烴和芳烴等化工原料需求的不斷增長(zhǎng)，并逐漸成為石油需求增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力。同時(shí)石腦油和化工原料的價(jià)差將會(huì)逐漸拉大。新冠疫情發(fā)生前，在北美地區(qū)兩者價(jià)差已在300～500 USD/t。相比于燃料型煉油廠，主要產(chǎn)品是化工原料及化工產(chǎn)品的化工型煉油廠經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。

燃料型煉油廠轉(zhuǎn)型的首要關(guān)鍵是根據(jù)其市場(chǎng)定位、原油結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有工藝流程，進(jìn)行包括產(chǎn)品目標(biāo)、能耗、碳排放等約束條件下的煉油廠轉(zhuǎn)型總流程研究。燃料型煉油廠可依靠新增加氫裂化、催化重整裝置與蒸汽裂解和芳烴裝置組合向煉化一體化轉(zhuǎn)型。煉化一體化的原則是宜烯則烯、宜芳則芳、宜油則油、宜化則化，煉化一體化煉油廠比純?nèi)剂闲蜔捰蛷S利潤率可提高10百分點(diǎn)左右。

對(duì)于不具備煉化一體化條件的企業(yè)，可行的轉(zhuǎn)型方案是，建立以催化裂解技術(shù)為核心的技術(shù)路線，多生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴和芳烴。催化裂解家族技術(shù)包括DCC Plus、DCC Pro(RTC)等，是一類以蠟油和加氫渣油為原料的重油催化裂解多產(chǎn)輕質(zhì)烯烴的技術(shù)。近年來催化裂解家族技術(shù)進(jìn)一步拓展，可以將成品油原料(石腦油、航煤、柴油等餾分)作為催化裂解原料來生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴，產(chǎn)品中丙烯、BTX(苯、甲苯、二甲苯)含量高，乙烯、丙烯的比例可以調(diào)節(jié)。比較有代表性的國產(chǎn)技術(shù)有中國石化的直餾石腦油催化裂解(SNCC)技術(shù)，相應(yīng)的國外技術(shù)也已經(jīng)在國內(nèi)企業(yè)開展了工業(yè)應(yīng)用的嘗試。對(duì)于原料質(zhì)量相對(duì)較好的煉油廠，可以選用原油直接催化裂解工藝技術(shù)。與原油直接蒸汽裂解相比，原油催化裂解對(duì)原油質(zhì)量要求更為寬松，適應(yīng)性強(qiáng)，更適合生產(chǎn)丙烯。其核心是基于烴分子的裂解反應(yīng)特性和催化裂化反-再系統(tǒng)的工藝特性，采用分區(qū)耦合轉(zhuǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裂解性能差異顯著的分子在同一反應(yīng)系統(tǒng)中的高效轉(zhuǎn)化，可大幅提高化學(xué)品選擇性，降低加工過程碳排放。

2.3.2 進(jìn)一步提升產(chǎn)品價(jià)值

在資本的推動(dòng)下，煉油向化工轉(zhuǎn)型步伐十分迅猛，三烯三苯產(chǎn)能在短期內(nèi)將達(dá)到飽和。煉化企業(yè)單純轉(zhuǎn)向生產(chǎn)基本有機(jī)化工原料不是可持續(xù)發(fā)展之路，通過深加工生產(chǎn)新的高價(jià)值化工原料、新的石油產(chǎn)品和新的材料是重要方向。

(1)新的高價(jià)值化工原料

以輕循環(huán)油(LCO)為原料生產(chǎn)2,6-二甲基萘，可用于聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的制備[8]。PEN作為一種新型的高性能聚酯材料，其耐熱性、氣體阻隔性、化學(xué)穩(wěn)定性以及耐輻射性均優(yōu)于對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在電子元件、航天航空以及原子能材料等行業(yè)應(yīng)用廣泛，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

富余重整生成油生產(chǎn)均四甲苯技術(shù)可以解決未來能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中富余重整生成油的高價(jià)值利用問題。均四甲苯可用于合成聚酰亞胺這種高端有機(jī)高分子材料。

雙環(huán)戊二烯(DCPD)是石油加工副產(chǎn)物C5餾分的一種。通過加氫、異構(gòu)的方法將雙環(huán)戊二烯直接轉(zhuǎn)化為掛式四氫雙環(huán)戊二烯，可作為優(yōu)質(zhì)的航空燃料[9]。

丙烯作為三大合成材料的基本原料之一，其用量最大的是生產(chǎn)聚丙烯。隨著煉油企業(yè)丙烯產(chǎn)能增加，利潤攤薄的趨勢(shì)不可避免。以丙烯為原料，通過催化氧化生產(chǎn)環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷以及4-甲基-1-戊烯[10]等重要的有機(jī)化合物原料，可以在拓寬丙烯出路的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益并形成新的產(chǎn)業(yè)鏈。

(2)新的石油產(chǎn)品

多年來，隨著對(duì)潤滑油性能的追求不斷提高，使得一類基礎(chǔ)油更多地轉(zhuǎn)向二類、三類、GTI基礎(chǔ)油甚至更高級(jí)別的四類油，這些高端基礎(chǔ)油極性低，對(duì)添加劑的溶解性較差。長(zhǎng)鏈烷基萘基礎(chǔ)油得益于其富電子萘環(huán)可以吸收、共振和分散能量，使得其熱氧化穩(wěn)定性優(yōu)異，油品揮發(fā)性低，在高端基礎(chǔ)油市場(chǎng)上贏得了發(fā)展空間[11]。

相變蠟是有機(jī)類固-液相變儲(chǔ)能材料的一種，其相變潛熱較高，且相變過程中無相分離現(xiàn)象，可起到儲(chǔ)能節(jié)能、保護(hù)電子器件和增大物體熱惰性的作用[12]。與傳統(tǒng)的利用顯熱容變化儲(chǔ)存熱量方式相比，相變儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備體積可減少30%～50%，能耗降低30%左右。

金剛烷及其衍生物作為性能優(yōu)異的石油化工產(chǎn)品，常用于藥物中間體、光敏材料原料、環(huán)氧樹脂固化劑、化妝品及表面活性劑的中間體等[13]。由于金剛烷在石油中的天然儲(chǔ)存含量?jī)H為百萬分之四，因此合成法制備金剛烷成為商業(yè)化路線的主流，利用石化產(chǎn)品環(huán)戊二烯可以降低生產(chǎn)金剛烷成本。

(3)新的材料

國家“十四五”發(fā)展規(guī)劃明確強(qiáng)調(diào)了新材料產(chǎn)業(yè)的必要性，國家戰(zhàn)略新型材料在加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的總體部署中具有重要意義。圍繞納米粉體材料、碳材料、超導(dǎo)材料、生物材料、智能材料等前沿材料開展研發(fā)工作是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。

石墨烯、碳纖維、石墨炔以及針狀焦等碳材料由于其獨(dú)特的性能得到了業(yè)內(nèi)人士的持續(xù)關(guān)注。2021年，中國石化石油化工科學(xué)研究院的高硫劣質(zhì)催化油漿生產(chǎn)針狀焦工藝技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，突破了國外對(duì)高端碳材料生產(chǎn)技術(shù)的掣肘。

尼龍材料是世界上第一種完全人造的纖維。常見的尼龍材料包括尼龍6和尼龍66，可分別通過己內(nèi)酰胺聚合[14]、己二酸和己二胺縮聚[15]制得。起始原料均可來自于石油，通過技術(shù)開發(fā)掌握生產(chǎn)新型尼龍材料的生產(chǎn)技術(shù)具有重大的戰(zhàn)略意義。

2.4 持續(xù)降本降碳

2.4.1 分子煉油(組分煉油)技術(shù)

石油煉制過程分子結(jié)構(gòu)變動(dòng)越少加工成本越低，不同煉油工藝因反應(yīng)原理與產(chǎn)品目標(biāo)不同，進(jìn)而對(duì)原料的分子結(jié)構(gòu)需求不盡相同。分子的定向利用是提升反應(yīng)選擇性的必然路徑，然而以蒸餾為核心的傳統(tǒng)餾分煉油并沒有實(shí)現(xiàn)分子的高效利用。例如，雖然均以石腦油為原料，但蒸汽裂解優(yōu)選的原料分子結(jié)構(gòu)為鏈烷烴，特別是長(zhǎng)鏈鏈烷烴；而催化重整優(yōu)選的原料分子結(jié)構(gòu)則為環(huán)烷烴。僅按照餾分切割，大量分子在各種工藝裝置里“跑龍?zhí)住被蚋冻龀~的加工代價(jià)。

從分子水平加深對(duì)石油加工過程的認(rèn)識(shí)，依托原油數(shù)據(jù)庫和工藝技術(shù)模型進(jìn)行分子煉油(組分煉油)可大大提升反應(yīng)過程選擇性。通過為企業(yè)提供原油選擇與產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性分析模型，建立以分離為核心的總流程加工路線，可大幅度提升單程轉(zhuǎn)化效率和目標(biāo)產(chǎn)物收率，減少無效循環(huán),降低生產(chǎn)成本。比如應(yīng)用分子煉油可從石腦油分離出正構(gòu)烷烴用于蒸汽裂解、C5/C6異構(gòu)烷烴用于汽油調(diào)和、環(huán)烷烴/芳烴用于重整?？梢钥闯?，實(shí)現(xiàn)分子煉油(組分煉油)的關(guān)鍵在于高效的分離平臺(tái)建設(shè)，如膜分離、吸附分離、變壓吸附分離、電化學(xué)吸附分離等手段。

2.4.2 基于碳足跡研究的總流程優(yōu)化

已經(jīng)開展的研究表明，煉油廠二氧化碳排放中直接排放占90%～95%，其中燃料燃燒排放又占直接排放的60%左右，是煉油廠直接排放中最大的排放源。來自催化裂化裝置的催化劑燒焦、制氫裝置等工藝過程的二氧化碳排放占直接排放的40%左右?；趯?duì)全國50余家煉油廠的碳核算計(jì)算結(jié)果分析，煉油廠的碳排放強(qiáng)度對(duì)技術(shù)路線敏感度遠(yuǎn)高于對(duì)規(guī)模的敏感度，因此，優(yōu)良的低碳流程基因是煉油廠最有效的碳減排手段。在煉油廠生產(chǎn)運(yùn)營過程中，利用全廠總流程技術(shù)開展全廠物流與碳流的協(xié)同優(yōu)化，可為“雙碳”約束下的煉油廠發(fā)展提供思路。

2.4.3 煉油廠能效提升降碳

煉油廠因用能產(chǎn)生的碳排放占全廠碳排放的60%以上，因此開展用能效率的提升是降低煉油廠碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。能效提升包括換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化、低溫?zé)岣咝Ю玫确矫妗Ｒ該Q熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為例，采用夾點(diǎn)分析與數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合的算法，進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格模擬，結(jié)合裝置用能特點(diǎn)和限制條件，提出節(jié)能操作優(yōu)化與改造優(yōu)化建議，可實(shí)現(xiàn)能量介質(zhì)的優(yōu)化分配和綜合利用。對(duì)于千萬噸級(jí)常減壓裝置，通過換熱網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化可減少碳排放(2～5)×104t/a，能效提升1～3 kg標(biāo)油/t，經(jīng)濟(jì)效益增加(1.5～3)×107CNY/a。

2.4.4 氫氣系統(tǒng)優(yōu)化降碳

近年來，中國煉油廠加工原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)加劇，油品清潔指標(biāo)日益嚴(yán)格，加氫工藝在石化企業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，目前加氫所用的氫氣基本全是碳基灰氫，其生產(chǎn)過程能耗與碳排放量巨大。因此，對(duì)氫氣系統(tǒng)進(jìn)行集成優(yōu)化以提高氫氣利用率，是石化企業(yè)減碳、增效的重要途徑。在“雙碳”背景下，煉油廠用氫理念應(yīng)從氫氣平衡逐步過渡到氫氣管理，從氫氣回收利用、加氫裝置節(jié)氫管理、氫氣網(wǎng)絡(luò)整體優(yōu)化三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手開展氫氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氫氣資源的梯級(jí)高效利用，提高氫氣利用效率，降低氫耗、系統(tǒng)能耗和二氧化碳排放。以千萬噸級(jí)煉油廠為例，開展氫氣資源高效優(yōu)化后，可實(shí)現(xiàn)碳減排2×104t/a以上，經(jīng)濟(jì)效益增加5×107CNY/a 以上。

2.4.5 廢塑料化學(xué)循環(huán)

煉油的傳統(tǒng)認(rèn)知是以原油為原料，面對(duì)原油資源的高度不確定性以及白色污染日趨嚴(yán)重的問題，低碳發(fā)展形勢(shì)下廢棄資源的循環(huán)利用將發(fā)揮重要作用。廢塑料，尤其是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)為主的聚烯烴樹脂為飽和鏈烷烴，H/C比高，硫含量低，是優(yōu)質(zhì)的石油替代品。中國石化開發(fā)了廢塑料熱解技術(shù)及配套多路徑后加工技術(shù)，具有較強(qiáng)的碳減排競(jìng)爭(zhēng)力[16]。與原油生產(chǎn)路線相比，廢塑料化學(xué)循環(huán)生產(chǎn)塑料單體時(shí)，產(chǎn)品碳足跡降低40%以上，以中國三分之二的廢塑料實(shí)施化學(xué)循環(huán)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)碳減排4.7×107t/a。

2.4.6 生物液體燃料

基于生物質(zhì)油品中的碳來自于大氣中二氧化碳的光合作用，因此植物油脂本身具有負(fù)碳的特點(diǎn)，所以采用植物油脂尤其是廢棄植物油脂生產(chǎn)生物液體燃料時(shí)，全生命周期碳排放比石油基產(chǎn)品低80%以上，生物液體燃料的投用將極大助力碳減排。

中國農(nóng)林廢棄生物質(zhì)資源同樣豐富，2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全年產(chǎn)生7×108t廢棄生物質(zhì)，其中可用作能源的有3.5×108t，折合1.8×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，這些廢棄生物質(zhì)同樣具有負(fù)碳原料屬性，但目前缺乏有經(jīng)濟(jì)性的利用途徑，未來有可能在生物液體燃料方面實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

3 以綠色、低碳、循環(huán)為特征的未來煉油廠探索

基于對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的實(shí)際需求，未來煉油廠的構(gòu)建首先要采用“油轉(zhuǎn)化”“油產(chǎn)化”和“油轉(zhuǎn)特”的思路構(gòu)建化工型煉油廠。石油進(jìn)入煉油廠后生產(chǎn)以三烯三苯為主要產(chǎn)品的基本有機(jī)化工原料，同時(shí)可以副產(chǎn)少量特種油品;再根據(jù)原料產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)劃將基本有機(jī)化工原料生產(chǎn)成有機(jī)化工產(chǎn)品;部分化工產(chǎn)品再進(jìn)一步加工生產(chǎn)材料、高端材料或化學(xué)品。

石油加工過程副產(chǎn)的甲烷和二氧化碳可以通過干重整生產(chǎn)得到合成氣，同時(shí)也可以結(jié)合綠電制得的綠氫將二氧化碳進(jìn)行綠色利用。生物質(zhì)氣化在未來將為煉油廠提供更多的綠氫與合成氣，合成氣通過費(fèi)托合成生產(chǎn)綠色產(chǎn)品，如圖1所示。

未來煉油廠的重要特征是不再僅僅以原油為原料，使用后的材料或化學(xué)品均會(huì)以原料的形式重新回到煉油廠再加工，從而實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、循環(huán)的目標(biāo)。

4 結(jié) 語

(1)煉化行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要來自因市場(chǎng)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?cè)斐傻臒捰图庸つ芰^剩、產(chǎn)品需求變化、原油價(jià)格波動(dòng)及產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提升等方面以及“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下的減碳?jí)毫Α?/p>

(2)為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)導(dǎo)向下煉油行業(yè)挑戰(zhàn)，需采取升級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量、煉油向化工轉(zhuǎn)型、降成本和提升產(chǎn)品價(jià)值等系列手段。

(3)“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，煉化企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展需綜合考慮碳減排與經(jīng)濟(jì)效益，分子煉油(組分煉油)、能效提升、資源高效利用、總流程優(yōu)化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生物質(zhì)原料加工利用等將是支撐煉油廠碳減排及全生命周期碳減排的重要手段。