中國石油峰值與石化行業低碳轉型發展

乞孟迪，柯曉明，程一步，劉紅光

（中國石化集團經濟技術研究院有限公司，北京100029）

中國承諾2030年碳排放達峰，并力爭于2060年前實現碳中和。在當前國際經濟社會發展趨勢和政治格局背景下，中國主動順應綠色低碳發展潮流，提出碳達峰和碳中和目標，彰顯了大國責任和擔當。

石油石化行業是我國經濟社會發展的戰略性支柱產業，為構建現代化產業體系提供了清潔能源和現代化工材料，且中長期內較難被替代。同時，石油石化行業也是高耗能行業，約占全國碳排放量的5%。“十四五”時期，我國石化產業將呈現持續發展態勢。2025年煉油、乙烯、PX產能分別達到2020年的1.1、1.8和2.1倍。石油石化行業面臨的減排壓力和挑戰持續增加。因此，研究探討石化行業綠色低碳轉型，與新能源協調、可持續發展的路徑，具有十分重要的意義。

1 碳中和愿景下相關行業發生深刻變化

1.1 能源結構加快由低碳向可再生為主轉變

當前全球基本達成本世紀溫升控制在1.5℃以內（與1861—1880年相比）的共識。中國做出2030年碳達峰，2060年碳中和承諾。能源結構轉型是實現碳中和目標的重要途徑之一。全球能源轉型的新動能正轉向可再生能源。根據BP《能源展望2020》預測，全球可再生能源占比將從2019年的4.3%增至2030年的16%，2050年進一步提高至44%，超過化石能源總和成為第一大能源。當前中國的可再生能源產業已具備規模化發展條件，預計“十四五”期間光伏和風電將真正成為具備競爭力的能源品種，中國2030年非化石能源比重達25%，2060年提高至80%。

1.2 新能源替代潮流顛覆傳統交通能源格局

2020年我國新能源汽車銷量137萬輛，滲透率達5%，保有量556萬輛，處于快速增長的起飛期。中長期，行業規劃為新能源汽車產業快速發展保駕護航。預計2025年新能源汽車滲透率提高至20%，2035年滲透率達50%~60%。盡管我國汽車銷量仍有較大增長空間，但2020—2030年，新增汽車銷量以新能源汽車為主導，傳統燃油汽車銷量增長乏力。受新能源汽車等替代以及燃油經濟性提高影響，我國成品油消費峰值將提前至2025年前后到來，峰值達3.6億噸左右。新能源汽車將助推國內傳統交通燃料達峰。

1.3 限塑風潮改變石化產業鏈格局

全球范圍內已經達成限塑共識，多個國家和地區推行限制或禁止使用一次性塑料制品的政策。中國2008年開始實施限塑。2020年1月，進一步提出分階段行動目標與措施。禁限類政策除了影響消費者 使用環節，正在逐步向上游制品制造環節延伸。歐盟擬征收塑料包裝稅，并將推進“碳邊境稅”計劃， 同時供應商加大對可循環、可降解材料的研發投入。

1.4 綠色經濟推動石化替代材料發展

再生資源回收利用是碳減排的重要路徑之一。資源循環利用的同時，節約了原材料開采和加工過程所需能源，同時還減少了其他污染物排放。每回收再生1噸塑料制品，可以相應減少0.36噸CO2排放量。部分發達國家明確規定塑料包裝中可再生成分比例。綠色循環經濟的發展將對石化產品從需求到供應整個產業鏈產生重大影響。

通過CCS技術與CO2化學利用生產綠色化學品和燃料，近些年在國內外發展較為迅速。目前，全球共有2套CO2加氫制甲醇工業試驗裝置。包括碳循環國際公司CRI在冰島的4 000噸/年的裝置，以及中海石油在海南的5 000噸/年的裝置。可再生氫氣成本過高是造成CO2加氫制甲醇經濟性差的主要原因。隨著綠氫價格的下降，加之碳市場的啟動，預計2040年產業規模可以達到100萬噸/年。

2 石油需求及碳排放將提前達峰

2.1 石油需求峰值提前，2030年后需求快速降低

2025年前后，石油需求達7.8億噸峰期。石油占一次能源比重穩定在20%左右。其中交通用油基本飽和達3.5億噸，化工用油是主要增長領域，達2.3億噸。該時期節油措施主要依賴車輛燃油經濟性提高。新能源汽車處于普及前期，滲透率由目前的5%提升至2025年20%。2025—2030年為石油需求平臺期。該時期是交通用油下降以及化工用油增速放緩雙拐點期，石油需求維持在7.7億~7.9億噸。2030—2050年為石油需求快速下降期。交通節油起主要作用。交通用油下降至期末的1.4億噸，僅為期初的40%；化工用油經歷由2.5億噸飽和到平臺期再到下降過程，期末降至2億噸。該時期節油措施以能效提升和電動化替代雙輪驅動，期末新能源汽車銷量滲透率達95%以上。2050—2060年為碳中和時期。綠電、綠氫大規模替代全社會用化石能源，化工節油起關鍵作用。通過大幅提高塑料循環再生率至40%以上，以及推廣CO2制化工原料技術，減少化工用油至1.2億噸左右；公路交通用油幾乎全部轉為電力和氫能，四成航空用油被替代，交通用油降至0.5億噸左右（基本是航煤）；農業、工業及建筑用油大規模被電力和生物柴油替代。石油需求分階段展望（2015—2060年）見圖1。

圖1 石油需求分階段展望（2015—2060年）

2.2 成品油需求2025年前后達峰

中期汽油需求達到峰值。汽油消費結構中95%是汽油車消費，而汽油車中八成左右由乘用車組成，乘用車的發展決定了汽油消費變化趨勢。目前，中國的乘用車已經由普及前期過渡到普及后期，雖然銷量持續增長，但增速明顯下降，預測2030年和2050年乘用車保有量分別達3.5億輛和4.4億輛左右。考慮到燃油經濟性提高，以及新能源汽車替代，預計汽油需求在2025年達到1.54億噸飽和值，之后將快速下降，2025—2060年年均降低12%左右。

煤油需求長期保持增長。民航事業快速發展帶動煤油消費的增長，當前我國人均乘機次數約為0.5次/年，日、韓和歐洲人均乘機次數飽和值在1.0~ 1.5次/年，美國達2.4次/年。考慮我國地域、人口及資源限制，預計中國人均乘機次數飽和值接近歐洲水平，即1.0次/年，未來仍有較大增長空間。但新冠疫情帶動了遠程辦公的興起和線上消費的火熱，改變了部分出行習慣，一定程度上導致航煤需求中樞下降。預測航煤需求2040年達到8 000萬噸峰值，之后，生物航煤替代導致航煤需求快速下降至4 800萬噸左右。

柴油消費已經處于達峰后下降期。柴油消費主要用途為機動車和工農業生產，與經濟發展密切相關，目前商用車用油占柴油消費的七成左右。隨著經濟結構調整，中國逐漸向后工業化過渡。同時，環保要求下，部分公路運輸需求轉向更清潔的鐵路運輸（含有電氣化因素），商用車保有量2020—2030年基本達到4 800萬輛的飽和期。與工業生產密切相關的柴油消費在2015年已經達到峰值1.73億噸。2015—2020年處于小幅下降的平臺期。2020年之后，替代的發展加快柴油需求下滑。2020— 2060年柴油需求年均減少8%左右。

2.3 基礎石化原料需求2035年后達峰

乙烯消費峰值出現在2040年前后。我國化工輕油中約四分之三用于生產乙烯，乙烯是石化工業的基礎原料，主要下游衍生物有聚乙烯、聚氯乙烯、環氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯等。目前，我國人均乙烯當量消費僅為31 kg/人，相當于發達國家80年代水平。考慮到中國產業結構，消費和人口結構，加之近年來，共享平臺、跨境電商、快遞、外賣等新業態新經濟興起，新消費領域不斷涌現，中國乙烯當量需求仍有較大增長空間。判斷塑料回收和生物可降解材料等一系列產業政策影響乙烯消費15%~20%，預測2035—2040年，國內人均乙烯消費峰值將達65 kg左右，總消費量9 200萬噸。

PX消費峰值出現在2035年前后。我國化工輕油中約四分之一用于生產PX，PX同樣是石化工業的基礎原料，主要用于生產聚酯滌綸。目前，全球紡織纖維消費量約1億噸，其中合纖約占68%~70%， 而滌綸占合纖消費量的80%左右，因此PX產業鏈與紡織服裝行業緊密相關。中國是亞洲最大的纖維制品出口國之一，目前人均纖維消費量約32 kg（折算PX消費量為20 kg/人），為全球平均消費水平的2.3倍。未來，經濟增長、人均收入的提升對本國居民的紡織品消費仍然有拉動力。盡管隨著國內消費升級、人工成本增加以及環保限制，紡織業逐漸向東南亞國家轉移，中國纖維凈出口量逐漸減少。但在產業鏈的集合度、勞動工人熟練度、產品設計及創新力等軟性實力方面，中國綜合競爭實力較強，支持紡織業繼續穩定發展。綜合判斷PX消費在2035年前后達到峰，人均消費量約30 kg，折合當量消費4 300萬噸左右。

2.4 石化行業實現雙碳目標需要巨大變革

1）測算方法與邊界

測算方法主要參考國家發改委發布的中國石油化工企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行） （發改辦氣候[2014]2920號）。部分數據參考行業或企業排放指標數據。

該研究涉及的CO2排放統計邊界主要包括石油煉制加工、石油化工兩個環節，由于上游原油和天然氣較難完全分別統計碳排放量，因此該測算不包括上游勘探開發以及儲運，同時不包括煤化工和無機化工。

2）測算結果對比

2020年全國煉油加工量6.74億噸，乙烯產量 3 012萬噸，PX產量2 030萬噸，通過測算典型石化廠碳排因子平均值，同時考慮部分小型化工裝置未納入計算口徑，綜合判斷2020年全國石油石化行業CO2排放量約5億噸，約占全國碳排放量5%。

通過對石油及主要基礎石化原料需求展望，預測2030年原油加工量規模達7.9億噸峰值，2060年降至2.3億噸左右；2030年乙烯產量達6 800萬噸，2060年5 100萬噸；2030年PX產量4 400萬噸，2060年3 800萬噸。同時，根據目前石化企業實際排放數據和節能技術應用情況，預測未來原油加工、乙烯和芳烴生產碳排放因子。綜合判斷，2030年全國石油石化行業碳排放基本達7.6億噸左右峰值，2060年降至4.5億噸左右。其中，煉油和化工碳排放分別達峰時間與基準情景差別不大，煉油占全行業排放比重由目前的一半左右降至2060年的六分之一。如果生產過程中加快綠電綠氫應用，則碳排放因子將更快下降。

通過對石油及主要基礎石化原料需求展望，判斷不同時間段石油煉制以及石化發展規模。基準降碳情景下，根據目前石化企業實際排放數據和節能技術應用情況，預測未來生產碳排放因子。綜合判斷，2030年全國煉化行業碳排放基本達7.6億噸左右峰值，2060年降至4.5億噸左右。其中煉油碳排放2025—2030年達峰；化工碳排放2035—2040年達峰。加強降碳情景下，企業通過加大新舊產能置換力度，利用更加先進技術提升裝置能效，加大燃料結構調整力度，加強綠氫綠電替代等一系列措施，全國煉化行業碳排放達峰期提前至2027年前后，峰值降至6.1億噸左右。未來化工領域降低碳排放是關鍵。基準降碳情景和強化降碳情景下碳排放對比見圖2。

圖2 基準降碳情景和強化降碳情景對比

3 石油石化行業低碳轉型路徑建議

“3060”戰略目標限制了化石能源的開發利用，對于石油終端消費，通過技術突破，改變交通出行工具與方式，增加化工原料來源等方式減少了石油需求，這一改變將促使石油石化產能需求降低以及產品結構的調整。這需要煉廠通過優化產能結構等手段適應市場變化。

3.1 淘汰高能耗低能效落后產能

推進淘汰高能耗、高污染、低效益的老舊工藝和落后產能，持續降低石化產業能源消費強度。煉油行業合理控制原油加工規模，優化煉油工藝和調整產品結構，提高清潔低碳燃料供給能力。在國內成品油消費達峰后，匹配國內交通電氣化進程，有序調整成品油供給規模，保障交通用能平穩轉型。推進“油轉化”，增產化工輕油等石化原料，有效保障國內乙烯和芳烴等石化產品生產。煉油企業以淘汰落后產能為抓手，在資源和技術等條件相對成熟及國家政策的支持下，改造落后裝置轉產液體生物燃料，如生物航煤、生物柴油等，提高低碳交通燃料的供給比例。

3.2 調整傳統能源結構促減排

優化產業用能結構，逐步縮減煤炭消費，穩妥推進行業“煤改氣”“煤改電”“煤改氫”，減少工業用電中的煤電比重，控制化石能源消費量和碳排放量，降低碳排放強度。到2030年煤炭消費約占當前石油石化企業能源消費總量的1/3以下。深化煤炭清潔高效利用，在生產經營活動中更多使用低碳、零碳能源，提高工業用能的電氣化水平，逐步使天然氣和非化石能源成為企業能源消費增量的主體，將有效降低生產加工過程碳排放量。

拓展氫能等綠色低碳新業務，實現行業深度脫碳，推動用能低碳化。氫能領域是石化產業實現自身脫碳和跨行業協同減碳的重要抓手。煤炭等化石能源制氫是石化產業碳排放的主要來源之一，通過有效利用工業副產氫，以化石能源制氫加CCS脫碳制“藍氫”，非化石能源發電制“綠氫”，逐步替代高碳排“灰氫”或煤炭等作為燃料或原料，推動行業深度脫碳。石化企業還可結合當地資源條件和自身用電需求，積極發展自建風電、光伏發電等新能源業務，提高自發綠電比例，降低用電環節的碳排放，還可支撐自身綠氫業務規模化發展。

3.3 技術創新和提升能效助減排

加快推廣節能環保技術，降低生產過程能耗和物耗水平，著力提升能源和資源利用效率。通過提高設備的能源利用效率，降低單位產品的電力或熱力消耗，降低石油石化行業加工過程碳排放量。

通過全廠能源系統優化技術，充分利用低溫余熱資源，充分發揮熱電聯產，以及工藝和蒸汽動力系統之間熱聯合潛力。強化全廠能量回收技術應用，部署低品位熱能的高效回收利用技術及通過全廠用能優化技術，選擇最優設備及其相互的聯接以構成合理的系統，滿足工藝生產過程對各類形式能量的需求，使其設備投資和能源消耗等總費用目標最小。部署新型先進節能設備及相關技術，減少過程能耗。重點節能設備包括高效換熱設備、新型反應器、新型過程裝備與工藝設備。重點技術包括單元過程強化技術、新型分離技術、超臨界技術、基于微反應器的微化工技術、催化蒸餾、分壁式蒸餾，以及熱整合蒸餾等反應工程和過程強化技術。

3.4 加大綠色低碳技術研發應用

加大綠色低碳生產工藝、技術和裝備的研發、示范和推廣力度，實現產品生產、流通、消費及處置過程全生命周期的綠色發展，進一步增強節能低碳產品的供給能力，減少產品全生命周期碳足跡。

大力發展低碳技術，推動開展碳捕集、封存與利用項目示范等CO2綜合利用技術。加快能效提高技術的應用，降低過程碳排放。通過建立和優化石化企業能量系統模型、加強系統內部聯動和動態調整等措施，實現能量系統整體能耗降低。

加快石油石化產業數字化技術應用。大力推進石化智能工廠建設。推進工程設計數字化和供應鏈管理智能化；推進生產運行智能化，重點打造數字化生產環境、生產集成管控體系、全流程模擬和一體化優化體系、智能安全環保管理體系等。推進知識管理和經營決策智能化，加強企業數據倉庫和知識庫的建設。

加大生物可降解塑料、塑料回收利用等領域的投入。開發綠色、低消耗、可循環使用的石化產品。加速塑料回收和循環利用技術，提高塑料再生利用比例，為傳統石化產品積極尋求“綠色標簽”。

綠色低碳技術還包括開發汽車輕量化材料、綠色包裝材料等，主要是通過材料的高性能化和功能化，減少高耗能產品消費，實現綠色替代。估算結果顯示，汽車自重每減少10%，燃油消耗可降低6%~8%，減少CO2排放約4.5%，目前高分子材料已在汽車的保險杠、油箱等多個部件替代了金屬材料，微發泡的高分子內飾材料、替代金屬的長玻纖增強高分子復合材料、更耐磨更輕的輪胎用膠種等將進一步實現汽車輕量化。

3.5 加快傳統與新能源產業融合

加強煉油、銷售業務與氫能產業鏈協同發展。立足重點城市有效需求，拓展內外部氫能應用高端市場，跟蹤風電、核電等制氫前沿技術。在發達地區與合作伙伴和關鍵用戶中擇優開拓儲氫/運氫商業項目。

加強油氣與新能源儲能融合發展。新材料、新技術推動大規模儲能技術發展及成本下降，為風光電儲能和傳統油氣的多能互補、多網融合、協同發展提供了更多可能，形成多元供應體系，保障我國能源供給安全、促進清潔低碳發展。

3.6 加強碳捕集與二氧化碳利用

利用化學和生物固碳技術，深入挖掘行業碳減排潛力。推進二氧化碳制化學品或燃料等關鍵固碳技術的科技攻關，積極建設先導示范項目并加快工業化進程，推動規模化商業應用。行業企業還可配合其他CCUS、BECCS、植樹造林等碳匯技術，幫助石化和其他行業實現深度脫碳，助力工業部門實現碳中和目標。

化學固碳方面，可利用化工裝置，實現二氧化碳的化學利用，生產綠色化學品和低碳燃料。CO2可用于生產液體燃料和化學品等多種利用路線，當前以CO2加氫制甲醇路線最為成熟，目前國內已有兩套千噸級工業示范裝置，但是高昂的綠氫成本依然是主要限制因素。當前綠氫和CO2合成甲醇成本在6 000元/噸左右，是煤制甲醇的3~4倍。若要實現與煤制甲醇平價，則綠氫價格需降至5 000元/噸以下，或者碳匯價格提高至600元/噸。根據《全球氫能觀察2021》中提出，若引入碳排成本，假設到2030年碳排成本增長至為50美元/噸（CO2當量），2040年150美元/噸，2050年300美元/噸，可將綠氫與灰氫實現同價的時間提前至2028—2034年。按照以上假設，2030年CO2加綠氫制甲醇成本將降至約3 200元/噸，2040年成本降至1 600萬噸/年，考慮到未來煤制甲醇也要增加碳排成本，則兩種路線甲醇平價時間點或將處于2030—2040年。

生物固碳方面，利用煉油裝置，先以二氧化碳實現微藻的工業化養殖，再用于合成低碳生物燃料。我國僅東南沿海和海南適合微藻飼養，平均每公頃產燃料4噸，考慮可用面積，估計微藻可制燃料約1 000萬噸/年。

4 政策建議

4.1 加強頂層設計，防范過剩風險

建立煉化產能市場化調控機制，化解產能過剩問題，推動新舊動能加快轉換，同時防范新的產能風險。一是完善產業準入和許可條件。新上石化項目要按照國內領先、國際先進的標準要求，大幅提高安全環保節能門檻，確保新產能的先進性。二是建立市場化退出機制。摒棄簡單的一刀切的以產能規模為衡量標準的產能調控方式，提高環保、能耗等約束標準，將能耗和環保評價標準與稅費征收相結合，通過市場化手段倒逼低效產能退出市場。三是建立石化企業退出與轉型保障機制。新上石化項目實施等量替代或減量替代，重點地區實行減量替代政策，減少重復建設。設立“石化企業關停或轉型基金”，將關停石化企業的土地增值收益，以及一定時期內企業關停導致減排二氧化碳的“碳交易”收益等作為資金來源，支持石化企業轉型發展，統籌做好“六穩”“六保”。四是建立全產業鏈產能預警機制。避免煉化產能過剩加劇，同時預防“一窩蜂”轉型使產業鏈下游產生新的產能過剩風險。

4.2 強化環保政策，促進安全綠色發展

國家在簡政放權、下放項目審批的同時，要加強事中事后監管，尤其要加強安全、環保等政策落實情況的監管執法，以安全、環保和質量等手段，推動我國石化工業不斷提高環境保護力度和水平，實現可持續發展。一是強化區域產業規劃中環評的地位。重大項目要以區域安全和環境承載力為基礎進行優化布局；嚴格實施項目建設驗收與環評驗收，不達標不予驗收。二是強化日常安全與環境監管。定期對石化企業的廢氣、廢水、廢渣等污染物排放、噪聲及安全生產等進行檢查，嚴厲查處違規運行企業，加大違法失信行為懲處力度，監管與問責落實到位。三是建立生態保護的市場化機制。建立嚴格的生態環境保護制度，提高石化落后產能運營中的環境成本。

4.3 加快構建綠色低碳財稅政策，完善綠色金融體系

2019年我國碳排放總量已達98億噸二氧化碳，建立覆蓋主要地區、重點行業、特大企業的碳交易市場，會形成上萬億元規模的特大碳市場，從而有效發揮碳交易市場機制在實現碳達峰與碳中和中的重要作用。

我國減排承諾的總目標實現，必須有稅收政策的支持，要使碳稅成為新的稅種稅源，專用于節能減排。對不同排放強度的企業征收差別碳稅，鼓勵企業碳交易可抵扣碳額度。鼓勵對綠色能源企業實行所得稅減免，對其綠色貢獻予以合理補償和 激勵。

加快構建世界規模最大、國內統一、與國際接軌、清晰可執行的綠色金融標準體系。利用能效信貸、綠色債券等支持節能減排綠色項目，實現綠色復蘇、綠色發展。

5 結論

碳中和是一場廣泛而深刻的變革，深度脫碳勢必對經歷了幾十年發展、已經具備成熟技術裝備的石油石化產業產生顛覆性影響。但能源利用方式由粗放向清潔，能源利用過程由低效向高效，能源利用品種由高碳向低碳甚至無碳轉型，將是全球能源發展大勢所趨。因此，石油石化行業要順勢而為，行業發展動力要從規模擴張轉變為科技創新、綠色發展。轉型過程中既要仰望星空也要腳踏實地，關注長期問題的同時也要著力解決面臨的現實緊迫問題，錨定目標的同時也要爭取最低成本和最少代價。