石化行业低碳转型要平衡三类技术

分阶段发展降碳、零碳及负碳技术

  我国已经向世界作出承诺,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。石化行业是资源型和能源型产业,也是二氧化碳排放量较大的行业之一,积极推进“双碳”目标实现责无旁贷。然而,石化行业的减碳路径众多,各减排路径之间还存在多种耦合与相互影响的可能,各路径不仅相互依赖,还相互制约。近日中国石化石科院和德勤中国联手发布的《迈向2060碳中和——石化行业低碳发展白皮书》指出,为应对上述问题,石化行业低碳转型需要重新平衡三类技术:降碳技术、零碳技术以及负碳技术。

  石化碳排放强度偏高 多种技术组合减排

  石化行业的减碳路径众多。能效提升、工艺流程改进可一定程度上降低生产过程碳排放,材料循环利用可一定程度上实现全生命周期碳减排,但这些减排手段还不足以实现净零排放。碳捕集、利用和存储(CCUS)技术虽然是实现净零排放的关键技术,但其应用场景急需拓展、技术经济性尚需大幅提升。因此,石化行业需要重新平衡并探索多种技术组合进行减排。

  石化行业碳排放来源主要包括化石燃料的直接燃烧、工业过程的排放、企业购入电力和热力造成的间接排放以及供应链排放。其中以化石燃料及工业过程相关排放为主,占比近八成。相比钢铁、水泥等工业行业,石化行业的碳排放总量较低,但碳排放强度偏高,能效利用率低于世界先进水平。

  从排放来源分析,石化行业可以通过能效提升及工艺改进、使用替代原材料等方式减少直接排放,通过使用绿色电力减少间接排放,通过构建循环经济、开发生产绿色低碳产品、优化运输和储存等方式减少产品价值链排放,利用CCUS使用碳抵消机制等助力石化行业减少全生命周期碳排放。

  2025年实现碳减排 降碳技术为主

  现阶段到2025年,成品油仍然是终端石油消费的主要产品。据预测,2025年国内原油加工量将达到7.9亿吨,同时成品油消费量近峰值,化工原材料产量大幅提升,若不采取任何减排措施,石化行业碳排放将达6.38亿吨。若企业积极采取能效提升、用氢效率提升等可行的降碳措施,综合考虑可行减碳措施实施率70%的情境下,可实现碳减排0.99亿吨,行业碳排放量约5.39亿吨。

  在这一阶段可重点采用降碳技术,包括能效提升、智能化提升过程效率、短流程化学品生产、组分炼油、工艺过程降碳、工艺供热电气化和可再生能源供热、低碳基础化学品生产、废塑料化学循环、专有设备降低工艺排放等。

  实现能源资源高效利用是降碳的途径之一,如采用换热网络集成优化技术、蒸汽动力系统优化技术、低温余热高效利用技术、氢气资源高效利用技术和组分炼油技术等。

  其中,组分炼油是提升石油炼制效率、降低炼油能耗的优选路径。传统炼油将石油按照不同沸程切割成若干馏分,将不同馏分进一步加工生产石油产品。在该过程中各馏分中的部分组分不能被充分合理利用,炼油的过程选择性和反应效率仍有进步空间。组分炼油核心是采用分离技术对原油或其不同馏分进行烃组分分离,然后对分离后的组分进行炼制。基于同类烃组分的集中加工,可大幅提高反应过程选择性、提升产品附加值、降低加工过程碳排放。对于千万吨级炼厂,采用组分炼油理念进行流程再造,可实现碳排放降低近45万吨/年,万元产值碳排放降低0.26吨,碳强度降幅超过10%。

  2030年实现碳达峰 发展零碳技术

  2025年之后,随着“双碳”政策的持续推进,石油的燃料功能将会不断弱化,而人民生活水平的提高将带动石化原材料需求的不断攀升,炼化一体化企业的优势将进一步显现,推动中国在2030年左右达到石油需求峰值。

  为实现石化行业2030年碳达峰的总体目标,上下游产业链需协同发力,科学规划产业发展,在2025年前碳减排的基础上,生物基燃油与润滑油、循环经济技术革新、低碳强度基础化学品生产技术将有力支撑和加速石化行业碳达峰的实现,同时为构建工业体系低碳产业链做好准备。

  在这一阶段要大力发展零碳技术,包括生物基燃油与润滑油,风能、太阳能、核能等零碳能源供电等。

  其中,生物航煤、生物柴油、生物基润滑油是典型的生物基燃油与润滑油技术。与化石能源相比,生物基油品具有实现可持续发展的独特优势,可与现代交通运输体系相融合,在减少对化石能源的依赖、大幅降低产品生命周期碳足迹方面具有重要意义。

  2060年实现碳中和 应用负碳技术

  随着化石燃料替代和电动汽车的加快普及,到2060年,石油消费量会逐步下降到2.5亿吨以下,由于该阶段石油主要以石化原材料为主,吨油加工碳排放强度将大幅升高。在该阶段清洁能源将在炼厂普及应用,CCUS、绿氢等负碳技术也逐渐成熟并大规模商业化应用。

  负碳技术包括绿氢保障技术以及CCUS技术。

  电解水制氢技术、生物质气化制氢技术都属于绿氢保障技术。其中,质子交换膜(PEM)电解水制氢是以水为原料,在可再生能源电力的驱动下将水转化为氢气和氧气,几乎不产生碳排放。相比于煤制氢和天然气制氢,PEM电解水制氢每生产1吨氢气将分别减少20吨和10吨左右的二氧化碳排放。

  CCUS技术是全球应对气候变化的关键技术之一,因其可消纳、转化大量的二氧化碳被认为是实现碳中和的有效且必要步骤。CCUS技术包括二氧化碳捕集、二氧化碳合成利用(如制备合成气、甲醇)、二氧化碳生物利用(如海藻养殖)、二氧化碳地质利用和封存(如强化油气开采)等。

  其中,微藻固碳技术具有非常高的应用价值。这是因为微藻一方面能够实现“加法”,生产大量富含脂肪与蛋白质的生物质;另一方面能够实现“减法”,将化石能源应用释放的二氧化碳等进行吸收与固定。

  “双碳”背景下,石化行业面临转型与脱碳的双重压力,但同时也面临新形势下的巨大发展机遇。能效提升、过程强化、资源高效利用在为石化行业实现降碳的同时,还可以为企业创造巨大经济价值,提升企业竞争力。可再生能源使用、循环经济构建在大幅降低生命周期碳排放的同时,还为行业的高质量发展提供了新动能。低碳产品设计与生产、绿氢供给、绿氢炼化则属于典型的行业间低碳耦合发展模式,可以在打造全社会低碳产业链与低碳供应链中充分贡献石化力量。

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