双碳循环经济理论

“双碳”目标下炼化企业的技术突围之路

在我国正式提出“碳达峰、碳中和”宏伟目标的背景下，结合炼化企业的发展现状，针对原油炼化前、中、后端的潜在问题，介绍了炼化企业可以着力发展的方向和应用的技术，包括生物质油与化石原油共炼技术、低温热利用技术以及碳捕集技术，并对其应用前景进行了分析【1】。现阶段炼化行业面临的挑战主要来自减碳压力和因市场导向转变造成的炼油加工能力过剩、产品需求变化、原油价格波动以及产品质量要求不断提升。“双碳”目标对包括石油化工行业在内的许多产业未来发展格局产生了深远影响。能源开发利用技术的革命性进步是能源转型的基本保证【2】。

二氧化碳净零排放，即碳中和，是人类平衡自然与人为碳足迹、共建绿色生态的美好愿景。2020年9月中国明确提出2030年实现“碳达峰”与2060年实现“碳中和”的目标，展现出中国在全球气候治理中的大国责任和担当。2030年实现“碳达峰”，意味着中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，时间紧、难度大。石油石化行业作为实现“双碳”目标的重要一环，必须围绕能源结构转型、科技创新攻关、产业链协同降碳，深度融入践行“双碳”目标的新征程【3】。对于炼化企业而言，既要清醒认识“双碳”目标带来的空前挑战，又要站在行业未来发展的战略高度，深谋远虑绿色产业为化工新材料带来的全新发展机遇；既要发力攻坚、源头管控减排降碳，又要破立并举、优化产业结构，探索绿色发展新思路。

生物质油与原油共炼技术的开发“共炼技术”是指利用现有的石油炼化设施，如催化裂化(FCC)装置或加氢裂化(HCK)装置，将生物质油与石油原料进行联合处理，获得含有可再生成分的汽柴油、喷气燃料等油品的生产技术。生物质油由生物质原料预先经过快速热解、催化热解或加氢热解等处理方式获得。共炼技术由于其环保和降本作用显著，成为近几年全球诸多炼油企业重点投资开发的生产技术。“共炼技术”中，生物质油中氧含量的控制十分关键，一方面，含氧基团具有较强的极性，很容易吸附到FCC催化剂的酸性位上，从而加快结焦并使催化剂失活；另一方面，生物质油中的氧含量过高不利于与石油馏分形成稳定相。因此，

生物质油中的氧含量通常应低于7%，同时，共炼所增加的成本大部分来自生物质油的前处理步骤，在工艺优化上仍有很大空间。生物质油-原油共炼发展前景广阔，且经济可行，为炼化企业加速绿色低碳转型提供了方向【4】。因此认为，共炼技术的发展应从全产业链出发，研究侧重点除了优化共炼工艺以外，还应研究以下几个方面：第一是生物质原料的物化性质和组成对产物的影响；第二是共炼催化剂长周期评价与优化。这二者都是共炼技术能否长期发展的关键。

在“双碳”目标下，炼油化工行业要找准新定位，培育新优势，积极实施新举措。未来的绿色碳科学是一个循环的新系统，结合了传统石油石化行业和可再生能源、氢能、二氧化碳、高端材料等。其中，核心技术的突破毫无疑问将起主导性作用。以下是炼油化工行业选择转型发展路径必须考虑的几个方面。

1.产品结构调整

交通运输主要用油机具带来的油品消费领域的变化，势必倒推炼油产品结构做出相应调整。减油增化是炼油产品结构调整主要的途径之一，目前有原油直接转化和间接转化两条技术路线，其中原油直接裂解对原油有一定的质量要求。

2.用能结构调整

节能作为第五能源，不论是在运还是新建的炼厂都要把能耗指标放在突出位置加以重视。炼厂能源结构将来可从以下几个方面进行调整：燃料要实现清洁低碳化，减少煤的使用；动力要二次电气化，尽早实现绿电的替代；锅炉或将不是一个必备项；余热资源要进行合理匹配和利用。

3.氢能的开发和利用

氢能是间歇性可再生能源电力系统中不可缺少的能源载体。在碳中和场景下，未来炼厂用氢将主要来源于可再生能源生产的绿氢。未来开发氢能的技术着力点将是可再生能源制氢技术、低能耗氢储存运输技术及氢能利用的安全保障技术，包括标准制定、检测评价、自动感知、氢能的安全泄放等。

4.数字化转型

炼油化工行业的数字化转型一定要以价值为引领，加快产业数字化、数字产业化，实现互融互促，最终达到提高效率的目的。目前产业数字化和数字生态还未完全形成。对于我国来说，产业数字化的核心是软件。从全球来看，工业企业数字化的重大命题是传感器和传感材料的变革，实现场景的虚拟可视化。

5.生物炼制和循环化工

我国有非常丰富的生物质能源，从农林废弃物到废弃油脂，需要全产业链考虑，充分利用，实现经济性。生物质可以做成燃料组分生产生物航煤等交通运输燃料，也可以通过糖平台和生物质气化途径生产化学品，以及各种生物基树脂类、纤维类、橡胶类材料【5】。

碳减排则需要充分考虑技术经济性统筹实施，从近期到中期，可选择的技术路线包括能效提升、原油调和优化、氢气系统优化、以分离技术为核心的组分炼油、包含废塑料化学循环在内的废弃资源循环利用、短流程化学品生产技术等；从中期到远期，则更加需要低碳原料和负碳技术，如生物质原料、绿电、绿氢、二氧化碳利用技术等。

进一步提升产品价值，以轻循环油（LCO）为原料生产2,6-二甲基萘，可用于聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）的制备。PEN作为一种新型的高性能聚酯材料，其耐热性、气体阻隔性、化学稳定性以及耐辐射性均优于对苯二甲酸乙二醇酯（PET），在电子元件、航天航空以及原子能材料等行业应用广泛,具有较高的经济效益。富余重整生成油生产均四甲苯技术可以解决未来能源产业结构调整过程中富余重整生成油的高价值利用问题。均四甲苯可用于合成聚酰亚胺这种高端有机高分子材料【6】。

中国炼油行业面临低端产能过剩、高端产能不足的发展困境，整体“大而不精”问题愈发突出。随着炼油行业市场化进程叠加“双碳”目标的持续推进，中国炼油结构将迎来深度调整。

炼油企业结构调整是应对炼油加工能力过剩和炼油产品需求变化的主要举措。具体而言，第一，成品油质量不断升级是所有炼油企业面临的永恒主题。第二，原油加工能力2×106 t/a以下的炼油厂将逐步关停，原油加工能力2×106 t/a以上且不具备经济规模的炼油厂关闭的可能性也比较大。第三，炼油从生产成品油转向直接生产基本有机化工原料、特殊化学品，将成品油转化成基本有机化工原料均是重要方向。

碳减排则需要充分考虑技术经济性统筹实施，从近期到中期，可选择的技术路线包括能效提升、原油调和优化、氢气系统优化、以分离技术为核心的组分炼油、包含废塑料化学循环在内的废弃资源循环利用、短流程化学品生产技术等；