摘要：為應(yīng)對全球氣候變化，中國作出“雙碳”目標的承諾，要在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。分析了“雙碳”目標對煉化行業(yè)產(chǎn)生的挑戰(zhàn)及影響，既面臨著傳統(tǒng)煉油廠轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)重構(gòu)的挑戰(zhàn)，也是催生煉油廠新舊動能加速轉(zhuǎn)換，縮小與他國差距，實現(xiàn)綠色工業(yè)化的機遇。概述了實現(xiàn)“雙碳”目標的5條路徑，即倡導(dǎo)能源高效利用，加強節(jié)能減排力度;碳捕集與封存;二氧化碳/甲烷高效利用轉(zhuǎn)化;高度重視森林碳匯和海洋碳匯助力雙碳目標的實現(xiàn);開發(fā)新能源替代化石能源。作為碳排放重點行業(yè)，煉化需要積極探索高效減排路徑，多措并舉，引領(lǐng)行業(yè)綠色安全的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：碳排放;碳達峰;碳中和;煉化;節(jié)能減排;新能源
工業(yè)化時代的到來，使人類社會生活發(fā)生了翻天覆地的變化，動力革命解放了人的手，運輸革命又使人類遠距離的生產(chǎn)與銷售成為可能。工業(yè)文明在帶來巨大進步的同時，也產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題和不可持續(xù)發(fā)展。極端天氣、冰川融化、野火蔓延、動植物滅絕等諸多環(huán)境問題頻發(fā)[1]，2019年全球平均溫度較工業(yè)前水平高出約1.1℃，1961—2019年，中國年平均氣溫每10年升高0.24℃，升溫速率明顯高于同期全球平均水平，氣候變化嚴重影響人類的生存與發(fā)展，這也預(yù)示著碳時代的到來。
工業(yè)信息論文范例： 工業(yè)建筑給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計要點分析
環(huán)境問題日益凸顯的導(dǎo)火索是碳的過度排放，而碳排放的主要來源是能源化工，所以解決環(huán)境問題的實質(zhì)是處理好能源化工問題[2]。2015年12月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(UNFCCC)締約方會議第21次大會通過了《巴黎協(xié)定》，其長期目標是將全球氣溫升高控制在2℃以內(nèi)(相較于工業(yè)化前的水平)，并努力將全球溫升控制在1.5℃。
根據(jù)最新報告，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)現(xiàn)，為了將溫度上升控制在1.5℃左右，未來10年的碳排放量必須大幅減少到相當于2010年的45%[3]。中國目前已進入發(fā)展新階段，需要在新發(fā)展理念的指導(dǎo)下，加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，這就要求中國積極應(yīng)對國際新形勢變化，盡快達成碳達峰、碳中和的共識與目標[4]。2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”[5]。
1“雙碳”愿景對石化能源行業(yè)的影響及挑戰(zhàn)
2019年全球一次能源利用中，84%來自化石能源，其中二氧化碳排放3.42×1010t，中國排放量達9.8×109t。過去10年，全球碳排放量復(fù)合增速為1.4%，而中國增速為2.5%，高于全球平均水平。因此，在一定階段，雙碳目標給世界各國及能源企業(yè)提出了巨大挑戰(zhàn)并對企業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。中國主動提出“雙碳”目標，既彰顯了中國對全球氣候治理的大國責任擔當，同時也給占碳排放量比重最高的石化能源行業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
1.1全球能源企業(yè)加快發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整重構(gòu)
隨著環(huán)境和氣候問題日益突出，截至目前，全球超過130個國家及地區(qū)提出“碳中和”目標，許多國家實現(xiàn)了對“碳中和”目標的國家立法工作。作為碳中和目標的具體踐行者和被約束者，近年來全球能源企業(yè)加快發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整重構(gòu)。荷蘭皇家殼牌集團正在加速業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的步伐，以實現(xiàn)在2030年成為極具規(guī)模的低碳企業(yè)，至2050年實現(xiàn)凈零排放的目標。殼牌集團此前制定的降低碳排放量戰(zhàn)略計劃是：在2016年產(chǎn)品碳排放量的基礎(chǔ)上，到2030年降低20%，到2035年降低45%。但在2021年月，殼牌在荷蘭氣候變化追責訴訟中敗訴。荷蘭海牙地方法院裁定，到2030年，殼牌必須使其碳排放量比2019年時的水平降低45%。
相比殼牌此前擬定的減排計劃，荷蘭法院的裁定給殼牌提出了更高的要求，該判決進一步加速殼牌的低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。殼牌于2020年10月宣布，將于2025年底前將低碳能源的總支出從當前的1.5～2.0×109USD增加至5.0×109USD以上，發(fā)力氫能、低碳電力和生物燃料等新能源領(lǐng)域的業(yè)務(wù)發(fā)展。與此同時，英國石油(BP)公司計劃在2030年前削減40%的石油產(chǎn)量，并削減其核心石油和天然氣勘探業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)向?qū)Ｗ⒂诳稍偕茉搭I(lǐng)域的發(fā)展。計劃未來10年，其低碳能源支出將增加10倍，至5.0×109USD，大幅收縮石油天然氣業(yè)務(wù)。
計劃在2030年前，上游石油和天然氣產(chǎn)量將從2019年的2.6×106boe/d減至約1.5×106boe/d;煉油廠產(chǎn)能將從2019年的1.7×106bbl/d下降至1.2×106bbl/d左右，并進軍可再生能源和電動汽車等領(lǐng)域[6]。2021年5月，道達爾公司正式更名為道達爾能源(TotalEnergies)公司，致力于成為全球低碳轉(zhuǎn)型的多元化能源企業(yè)，包括完善天然氣產(chǎn)業(yè)鏈、打造光伏和生物質(zhì)等新能源產(chǎn)業(yè)鏈，同時道達爾能源將40%以上的研發(fā)力量投入到能源結(jié)構(gòu)低碳化的項目中。
1.2雙碳背景下中國傳統(tǒng)煉化企業(yè)轉(zhuǎn)型升級刻不容緩
實現(xiàn)石油消費達峰將為中國實現(xiàn)碳中和目標奠定良好基礎(chǔ)，但中國尚處在經(jīng)濟發(fā)展階段，能源需求尚未達峰，相對于國外能源企業(yè)，中國能源企業(yè)實現(xiàn)雙碳目標更是刻不容緩，要進一步加快轉(zhuǎn)型升級的步伐。目前，中國三大油氣央企正在加快相關(guān)目標的制定和實施。中國石化提出“一基兩翼三新”產(chǎn)業(yè)格局，推進能源轉(zhuǎn)型，打造“第一大氫能公司”是主攻方向，加速發(fā)展氫能源。“十四五”期間，中國石化規(guī)劃建設(shè)1000座加氫站或油氫合建站，在推動商業(yè)示范上走在行業(yè)前列。
同時，中國石化大力發(fā)展綠氫煉化，不斷提高原料低碳化比例。中國石油計劃提前5年左右實現(xiàn)碳達峰，提前10年左右實現(xiàn)“近零”排放，其綠色低碳轉(zhuǎn)型路徑將分“清潔替代、戰(zhàn)略接替、綠色轉(zhuǎn)型”三步走，努力建設(shè)化石能源與清潔能源全面融合發(fā)展的“低碳能源生態(tài)圈”，積極布局清潔生產(chǎn)和綠色低碳的商業(yè)模式。作為中國海上最大油氣生產(chǎn)商，中國海油爭當中國油氣增儲上產(chǎn)、能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的主力軍和生力軍。錨定碳達峰、碳中和目標，全面推進綠色低碳生產(chǎn)進程，加快“綠色油田”“綠色工廠”建設(shè)，提升生產(chǎn)過程效能，降低碳排放。全面推進低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快構(gòu)建天然氣產(chǎn)供儲銷體系，提升公司供應(yīng)鏈中清潔低碳能源占比至60%以上。
積極推進從傳統(tǒng)油氣向新能源跨越，發(fā)展以海洋資源為主體的新能源，推動海上風電發(fā)展，海洋能源綜合利用，加快CCUS消碳技術(shù)攻關(guān)與布局。雖然中國各能源央企均提出了雙碳背景下的轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略目標，但近年來，中國煉油行業(yè)在資本和市場逐步開放的環(huán)境下迅猛發(fā)展，國企、民營和合資煉油廠的煉制規(guī)模不斷擴大，加工一體化趨勢日益加深，市場競爭進入白熱化階段。
2019年中國煉油能力已上升至8.9×108t/a，而中國煉油廠開工率已下滑至73%。2020年煉油能力9.1×108t/a，原油表觀消費量7.36×108t，總體上煉油能力已經(jīng)過剩[7]。目前還有多個千萬噸級煉油廠項目在建，未來中國煉油能力的過剩形勢將更加嚴峻。隨著成品油市場需求增長放緩和供應(yīng)過剩加劇，為消化國內(nèi)過剩油品，中國成品油出口規(guī)模持續(xù)擴大。成品油需求放緩和產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀，在雙碳背景下，化石能源在能源消費中所占的比例未來將大幅度下降，煉化企業(yè)將面臨空前的沖擊和挑戰(zhàn)。特別是對于傳統(tǒng)型、規(guī)模小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)缺乏市場競爭力的煉化企業(yè)將面臨更大的發(fā)展壓力，轉(zhuǎn)型升級與低碳發(fā)展刻不容緩。
1.3碳達峰碳中和頂層政策體系、實施方案和技術(shù)路徑急需加快制定
中國提出了2030年前二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和的雙碳目標后，中國相關(guān)部門和科研機構(gòu)啟動了多層次、多領(lǐng)域的碳中和實施方案和技術(shù)路徑研究和規(guī)劃。2021年2月3日，“我國碳達峰、碳中和戰(zhàn)略及路徑研究”重大咨詢項目啟動會在中國工程院召開。2021年2月23日，“工業(yè)部門碳達峰、碳中和實施路徑研究”課題啟動會在中國石化集團公司總部召開，擬研究提出工業(yè)部門具有創(chuàng)新性和可操作性的碳達峰、碳中和總體思路、路線圖、技術(shù)路徑和政策建議。
2021年5月30日，在中國科學院學部第七屆學術(shù)年會上，中國科學院院士丁仲禮作了題為《中國“碳中和”框架路線圖研究》的專題報告，介紹了中國科學院學部近期圍繞碳中和問題所布局的咨詢項目進展情況。除了中國工程院、中國科學院外，清華大學、北京大學、浙江大學等國內(nèi)著名大學也啟動了相關(guān)研究或舉辦了相關(guān)研討。國內(nèi)碳中和研究機構(gòu)更是如雨后春筍般的相繼成立。據(jù)不完全統(tǒng)計，近兩年國內(nèi)僅碳中和研究所/院(中心)成立超過10多家。
1.4“雙碳”目標下給煉化行業(yè)帶來的機遇
“雙碳”目標的提出，既是國家推進生態(tài)文明建設(shè)的具體要求，也為中國傳統(tǒng)煉化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整重構(gòu)、催生新舊動能加速轉(zhuǎn)換帶來了新的更大的發(fā)展機遇期[8]。商務(wù)部外貿(mào)司參贊劉長于指出：“目前中國的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷深刻的變化。實現(xiàn)低碳減排，首先就要從政府的轉(zhuǎn)變、企業(yè)的轉(zhuǎn)變做起。密切關(guān)注相關(guān)產(chǎn)業(yè)，通過轉(zhuǎn)型、提高科技含量從高耗能中走出來，努力縮小與他國的差距。”他認為，在多邊機制下解決碳排放問題，既是挑戰(zhàn)，也是機遇，對于貿(mào)易企業(yè)來說，則是一次轉(zhuǎn)型的新機遇[9]。
這既是煉化行業(yè)回歸高質(zhì)量發(fā)展的機遇，從擴大產(chǎn)能產(chǎn)量追求粗放性效益為第一目標的增量時代，邁向更加重視綠色性、低碳性、經(jīng)濟性的存量時代，快速提升發(fā)展質(zhì)量;也是煉化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要機遇和動力，一方面通過煉化一體化優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈低碳化發(fā)展，同時多產(chǎn)化工原料和高附加值化工產(chǎn)品;另一方面充分發(fā)揮煉廠的區(qū)域優(yōu)勢，與光伏發(fā)電、風電等新能源協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建多能互補的清潔能源系統(tǒng)。作為硬性指標，煉化企業(yè)要加快加大對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，爭取盡快開發(fā)出新工藝、新技術(shù)，不能總是徘徊在隨時被淘汰的“灰色地帶”，向高端產(chǎn)品市場進軍的同時，開發(fā)綠色生產(chǎn)工藝，降低碳排放，節(jié)約資源，達到節(jié)能減排和提質(zhì)增效的“雙贏”[7]。
2實現(xiàn)“雙碳”目標的路徑展望
碳達峰是指二氧化碳排放量先增長到一個平臺期，再下降的過程。碳中和的本質(zhì)就是二氧化碳凈零排放，即二氧化碳排放量與吸收量持平的狀態(tài)[10]。在實現(xiàn)“雙碳”目標的過程中，將會加快推動能源革命，加快重塑生產(chǎn)生活方式，需要各行各業(yè)的共同努力。煉化行業(yè)格局重塑，煉化企業(yè)都在積極探索未來煉油廠轉(zhuǎn)型之路。
2.1倡導(dǎo)能源高效利用，強化節(jié)能減排力度
近幾年，中國煉油生產(chǎn)能力迅猛提升，出現(xiàn)過剩現(xiàn)象，成品油消費增速減慢成為煉化發(fā)展的重要矛盾點，再加上政府對安全環(huán)保標準的管控力度加大，想要更好地主動適應(yīng)進入全球氣候變化時代，煉化行業(yè)一定要在生產(chǎn)清潔燃料的同時，引導(dǎo)煉化產(chǎn)業(yè)市場主體向多元化發(fā)展[11]。
與其他國家相比，中國碳排放量大，涉及范圍廣，而碳達峰到碳中和的蓄力時間短，亟需優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，節(jié)能降耗。優(yōu)化煉油生產(chǎn)工藝，采用短流程煉油新工藝，比如，利用輕質(zhì)原油直接制備輕質(zhì)烯烴和芳烴技術(shù)，簡化生產(chǎn)步驟，節(jié)約用水用電，在很大程度上減少過程能耗[5]。中國單位GDP能耗是世界平均水平的1.4～1.5倍，若能達到世界平均，每年可少用1.3×109t標準煤、減排3.4×109t二氧化碳，約占2020年碳排放總量的1/3。
因此，相比拓展二氧化碳資源化利用途徑，節(jié)能提效才是實現(xiàn)碳達峰、碳中和的第一優(yōu)選[12]。對于煉化企業(yè)來說，目前具有可操作性強、見效快、緊迫性高的工作就是做好煉化企業(yè)的節(jié)能提效工作，當務(wù)之急就是摸清企業(yè)的碳排放足跡，深刻了解不同裝置的碳排放強度，從而提出節(jié)能減排的有效途徑，做好煉化企業(yè)存量碳排放的壓減工作。例如包括：優(yōu)化生產(chǎn)流程提高減排的科學性與合理性，嚴格控制落后工藝和低效設(shè)備;提高加熱爐的熱效率;提高電器設(shè)備的用能效率;做好蒸汽的全廠優(yōu)化平衡和低溫熱的高效利用;做好能耗構(gòu)成中主要部分的科學管控和能量的高效利用，如對催化燒焦、燃料氣的管控和高效利用。
2.2碳捕集與封存
碳捕集與封存(Carboncaptureandstorage，簡稱CCS)是指將所產(chǎn)生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)，有望成為解決氣候變化問題的最佳選擇之一。主要二氧化碳排放量來源于發(fā)電廠、化工廠、鋼材廠和燃油車輛，這項技術(shù)是將二氧化碳從混合物煙氣和車輛尾氣中分離并收集，使用汽車、火車、輪船或者管道運輸?shù)胶线m場所，利用技術(shù)手段將二氧化碳永久或者長時間封存起來的過程。
2.3二氧化碳/甲烷高效利用轉(zhuǎn)化
二氧化碳是溫室效應(yīng)的罪魁禍首，對其進行碳封存是最直接的處理手段，但是二氧化碳作為一種廉價、“可再生”的碳氧資源，其經(jīng)濟效益潛力非?？捎^[15]。
從提高能源的利用率來講，應(yīng)高度重視二氧化碳高效利用轉(zhuǎn)化，推動能夠釋放利用二氧化碳經(jīng)濟潛力的研發(fā)項目和計劃。目前，二氧化碳已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，比如食品、化工原料、消防、農(nóng)業(yè)、驅(qū)油劑、人工降雨等，成果顯著。二氧化碳是綠色植物光合作用不可缺少的原料，一定范圍內(nèi)，二氧化碳的濃度越高，植物的光合作用也越強，因此二氧化碳是最好的氣肥。有實驗證明，在農(nóng)作物的生長旺盛期和成熟期使用二氧化碳，農(nóng)作物的生長效果顯著，荷蘭和日本已經(jīng)成立關(guān)于二氧化碳強化植物生長的項目[16]。二氧化碳作為化學品原料加以利用已初具規(guī)模。尿素是固定二氧化碳的最大宗產(chǎn)品，其次是無機碳酸鹽，還有利用二氧化碳制堿、制糖、合成可降解塑料等。
在未來的氫經(jīng)濟中，二氧化碳可以與氫氣結(jié)合，制造合成燃料、合成氣和甲醇。合成氣和甲醇是基本的化學原料，許多化學品和聚合物都可以用它們來生產(chǎn)。由二氧化碳和環(huán)氧丙烷合成的聚碳酸亞丙酯(簡稱PPC，Polypropylenecarbonate)作為一種新型的熱塑性聚合物，具有生物相容性好、阻隔性高、抗沖擊韌性和無毒性等一系列優(yōu)良特點，并且其合成過程直接消耗二氧化碳，可以實現(xiàn)完全生物降解，因此其廣泛使用對于環(huán)保和新資源的開發(fā)具有實際意義[17]。對于富碳天然氣來說，采用干重整技術(shù)可以很好的將甲烷與二氧化碳進行有效轉(zhuǎn)化為合成氣，并可以進一步轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甲醇，也是實現(xiàn)二氧化碳高效化學轉(zhuǎn)化的重要路徑之一。
3結(jié)語
在“雙碳”目標愿景下，給煉化行業(yè)帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)，建立節(jié)能、清潔、低碳的多元化能源生產(chǎn)和消費體系是大勢所趨。中國煉化行業(yè)一定要優(yōu)化和加強對能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，二次開發(fā)傳統(tǒng)化石能源，積極地向下游高附加值產(chǎn)品延伸，形成節(jié)能減排、提質(zhì)增效的煉化一體化模式，將能源清潔化利用與開發(fā)新能源結(jié)合起來，實現(xiàn)資源科學合理的配制。
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作者：辛靖，王連英
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