淺談石化行業(yè)低碳發(fā)展路徑

＊柏洪浩 危拓

（中海石油中捷石化有限公司 河北 061100）

引言

國(guó)家碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略要求下，產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)做大與碳約束趨嚴(yán)的矛盾日益凸顯，煉化行業(yè)面對(duì)能源綠色低碳發(fā)展、保障國(guó)家能源安全及自身生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的多重壓力，距離實(shí)現(xiàn)能耗雙控向碳排放雙控的轉(zhuǎn)變?nèi)源嬖谳^大挑戰(zhàn)，要統(tǒng)籌處理好發(fā)展和減排的關(guān)系，積極實(shí)施碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)行動(dòng)方案，穩(wěn)步推進(jìn)煉油化工等高碳排放業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。

1.國(guó)家碳達(dá)峰碳中和對(duì)石化行業(yè)的要求

我國(guó)力爭(zhēng)2030 年前碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和；到2030 年，中國(guó)單位GDP 二氧化碳排放將比2005 年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。

碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下，我國(guó)煉化行業(yè)面臨發(fā)展與減碳雙重挑戰(zhàn)。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場(chǎng)需求變化，化工品及新材料的需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，推動(dòng)產(chǎn)能快速增長(zhǎng)?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)仍將有多個(gè)煉化一體化項(xiàng)目建成投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2025 年我國(guó)煉油能力達(dá)9.8億噸，乙烯總產(chǎn)能突破5000 萬噸，成為世界第一大煉油和乙烯生產(chǎn)國(guó)。另一方面，我國(guó)確立2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，這就意味著煉化行業(yè)低碳發(fā)展是必然選擇[1]。

2.石化行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

目前CO2排放主要來源于電廠、水泥、鋼鐵、煤化工四大行業(yè)，占排放總量的92.4%，煉化行業(yè)占總排放量的4.2%，占比相對(duì)較小[2]。

煉化行業(yè)是向社會(huì)輸出汽油、柴油、液化石油氣等化石能源的重要行業(yè)，也是溫室氣體減排的重要參與者、執(zhí)行者。不同煉廠因產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)能規(guī)模等存在差異，加工過程的能源消耗也存在差別。通過對(duì)國(guó)內(nèi)幾家煉廠碳排放量相關(guān)數(shù)據(jù)的收集分析，從中小型煉廠到千萬噸級(jí)煉廠，排放大多集中在化石燃料燃燒和過程排放中，約占煉廠總排放量的70%以上。其主要排放源為鍋爐、加熱爐、焚燒爐等各類窯爐及催化燒焦、制氫等過程排放。部分煉廠周邊資源稟賦，熱源依托外界，導(dǎo)致化石燃料燃燒排放較少，凈購(gòu)入熱力排放較高。

未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，在全球?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的政策驅(qū)動(dòng)下，碳排放權(quán)交易將作為市場(chǎng)化手段，促進(jìn)碳減排的一項(xiàng)重要政策機(jī)制。由于石化等行業(yè)工藝復(fù)雜，碳配額分配難度較高，目前全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)僅覆蓋了發(fā)電行業(yè)。隨著《碳排放交易權(quán)管理辦法（試行）》《關(guān)于全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)2021、2022 年度碳排放配額清繳相關(guān)工作的通知》等相關(guān)法規(guī)政策體系的不斷完善，交易范圍逐步擴(kuò)大，石化行業(yè)納入碳排放交易是必然趨勢(shì)。因此，作為推動(dòng)國(guó)家綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的重要參與者、貢獻(xiàn)者，石化行業(yè)碳排放的精細(xì)化管理亟需提升，低碳發(fā)展方向值得深思。

3.石化行業(yè)低碳發(fā)展路徑

(1)提升用能效率

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，首先要把節(jié)約能源資源、提高用能效率放在首位，實(shí)行全面節(jié)能戰(zhàn)略，持續(xù)降低石化行業(yè)單位產(chǎn)值能源消耗和碳排放量，提高投入產(chǎn)出效率。石化行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈不盡相同，油品加工過程技術(shù)復(fù)雜，高溫、高壓過程中消耗大量能源，當(dāng)務(wù)之急需要加強(qiáng)節(jié)能項(xiàng)目的研討和應(yīng)用，對(duì)短、長(zhǎng)期節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一部署，構(gòu)建高效、低耗的產(chǎn)品加工流程。

①實(shí)施設(shè)備優(yōu)化。提升設(shè)備能效，一是要著眼于提高工業(yè)窯爐運(yùn)行熱效率，減少燃料消耗。管式加熱爐作為主要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，是裝置的耗能大戶，要依靠技術(shù)改造、應(yīng)用高效材料等實(shí)現(xiàn)爐管傳熱強(qiáng)化。如通過實(shí)施加熱爐余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化改造、加熱爐爐墻粉刷節(jié)能涂料等措施，實(shí)現(xiàn)加熱爐熱效率提升。另外可通過降低排煙溫度及氧含量等操作優(yōu)化，降低裝置能耗，減少污染物的排放及燃料耗量。二是定期開展能效監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)對(duì)能耗高、效率低的重點(diǎn)耗能設(shè)備開展技術(shù)攻關(guān)。推廣使用低耗能設(shè)備和高效電機(jī)、泵，減少壓縮機(jī)無用功，分階段實(shí)施低效電機(jī)、變壓器替代，不斷提升高效設(shè)備占比，有效解決設(shè)備“大馬拉小車”現(xiàn)象。

②開展余熱利用。石化行業(yè)現(xiàn)基本已采取措施對(duì)生產(chǎn)裝置的低溫?zé)衢_展初步利用，如使用熱媒水伴熱代替蒸汽伴熱，以減少低壓蒸汽消耗；又如采用階梯換熱方式，剩余低溫?zé)崤c對(duì)溫度需求低的物料進(jìn)一步換熱升溫，減少低壓蒸汽和冷卻設(shè)備的使用。但仍存在部分余熱受工藝條件限制未被深入利用，減排潛力未被充分發(fā)掘的現(xiàn)象。需要實(shí)施以公司為邊界的熱源梳理，進(jìn)行整體優(yōu)化，以熱量多級(jí)利用為原則，最大限度利用包括減渣、精制柴油、熱水、蒸汽凝結(jié)水等余熱，減少蒸汽管道散熱損失、罐頂乏氣排空，挖掘優(yōu)化潛能。

(2)加強(qiáng)生產(chǎn)優(yōu)化

當(dāng)前，部分煉廠的生產(chǎn)裝置仍存在節(jié)能操作不合理的現(xiàn)象，全廠能量?jī)?yōu)化方面有待加強(qiáng)。一方面，主體生產(chǎn)裝置存在較大優(yōu)化空間，例如，催化裂化裝置部分低溫位熱量不能充分回收利用，為控制分餾塔頂循油及塔頂回流溫度，利用循環(huán)水或空冷器進(jìn)行冷卻，這使得低溫位熱量遭受嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)也耗費(fèi)了大量循環(huán)水[3]，可設(shè)立低溫?zé)崦剿到y(tǒng)，取熱后送至各用戶，為部分裝置分餾塔底重沸器、溴化鋰機(jī)組、采暖站及伴熱站等提供熱源[4]。

另一方面，循環(huán)水等公用工程系統(tǒng)整體優(yōu)化不合理，例如，部分裝置冷卻強(qiáng)度不足的現(xiàn)象頻有發(fā)生，存在大流量、小溫差現(xiàn)象，裝置水冷器用水存在較大優(yōu)化空間，建議循環(huán)水場(chǎng)及各裝置對(duì)循環(huán)水流量進(jìn)行調(diào)整，在滿足工藝物料出口溫度、循環(huán)水殼程流速大于0.3 m/s、循環(huán)水管程流速大于0.9 m/s 的條件下，控制循環(huán)水給、回水溫差＞6 ℃。若將給、回水溫差升高到6 ℃，將使用水量及能耗大幅下降，此外要加強(qiáng)對(duì)換熱效果差的換熱器進(jìn)行清洗除垢。

(3)減少常燃火炬

火炬是煉廠重要安全措施，其配有氣柜回收系統(tǒng)，對(duì)煉廠干氣進(jìn)行回收利用，要嚴(yán)格控制火炬排放，尤其是開停工等異常工況時(shí)，煉廠干氣要最大限度通過氣柜回收利用。

(4)實(shí)施清潔化能源替代

煉廠電力主要為外購(gòu)，華北地區(qū)電力折算系數(shù)明顯高于華南等區(qū)域，其主要原因是北方電廠可再生能源使用比例較低，火電機(jī)組單位供電標(biāo)煤耗較高，因此，直接造成北方煉廠電力隱含的碳排放量大?；诖?，我國(guó)正構(gòu)建以新能源為主題的新型電力系統(tǒng)，同步構(gòu)建動(dòng)態(tài)電網(wǎng)碳排放因子[5]。在“雙碳”及構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，我國(guó)將加快實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，新能源發(fā)電比例將進(jìn)一步提升。石化行業(yè)可采取與風(fēng)能、核能等清潔電力公司的洽談，簽訂綠電采購(gòu)協(xié)議，提高清潔電力的使用占比。依托停車場(chǎng)等資源，建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)“零碳辦公”。

氫氣作為清潔的二次能源，其不僅來源廣泛，而且燃燒熱值高，燃燒后無環(huán)境污染、無二氧化碳排放，具有非常大的發(fā)展?jié)摿?，故發(fā)展氫能在優(yōu)化我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、加快能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向新能源轉(zhuǎn)型及保障國(guó)家能源安全等方面具有重要意義。我國(guó)將力爭(zhēng)在2060 年達(dá)到碳中和，與同樣成本較低的化石能源制氫相比，化工副產(chǎn)制氫在碳減排方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

(5)加強(qiáng)甲烷管控

甲烷作為溫室氣體的重要組成部分，在石化行業(yè)主要體現(xiàn)在設(shè)備管線與組件泄漏、儲(chǔ)罐、裝卸、污水逸散等環(huán)節(jié)，要依靠技術(shù)、管理提升實(shí)現(xiàn)加工過程減排，以揮發(fā)性有機(jī)物管控為抓手，采取減污與降碳協(xié)同治理舉措。一是定期開展LDAR 檢測(cè)，及時(shí)修復(fù)泄漏點(diǎn)位，加強(qiáng)設(shè)備可靠性運(yùn)行管理，減少泵、閥門、法蘭等密封點(diǎn)的泄漏。二是輕質(zhì)液儲(chǔ)罐應(yīng)用低泄漏呼吸閥，改善總烴逸散。三是輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐應(yīng)用高效液浮盤+高效密封形式，解決儲(chǔ)罐無組織排放問題。四是密閉裝車，回收裝卸過程揮發(fā)性氣體，減少裝卸過程中的油品損耗。五是污水處理廠實(shí)施污水集氣罩修復(fù)、改造，提高負(fù)壓風(fēng)速，減少甲烷、非甲烷總烴的逸散。

(6)提高新建項(xiàng)目準(zhǔn)入條件

在高度重視“差異化、高端化、功能化”發(fā)展戰(zhàn)略的同時(shí)，在項(xiàng)目建設(shè)的前期要加強(qiáng)碳評(píng)的管控，做到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)有據(jù)可依，實(shí)現(xiàn)碳排放總量和強(qiáng)度雙控，避免盲目發(fā)展“高耗能、高排放、低水平”項(xiàng)目。降碳管控關(guān)口前移，合理利用能源，開展方案優(yōu)化，采用節(jié)能型工藝流程與節(jié)能型設(shè)備設(shè)施，裝置能耗對(duì)標(biāo)先進(jìn)。

(7)穩(wěn)妥有序推進(jìn)“碳中和”

石化行業(yè)采取原料改進(jìn)、工藝改造等一系列手段，仍然無法實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”或無法實(shí)現(xiàn)規(guī)定的減碳目標(biāo)，CCUS（二氧化碳捕集、利用和封存利用技術(shù)）可作為負(fù)碳手段來減少或者消除碳排放，對(duì)控制碳排放具有至關(guān)重要的意義。

目前，我國(guó)二氧化碳捕集分離技術(shù)主要為吸收法、吸附法、膜分離法、低溫分離法等。以二氧化碳尾氣為原料，提純后生產(chǎn)純堿（碳酸鈉）、碳酸二甲酯、三嗪醇等化工原料，或在石油開采過程用于驅(qū)油。但目前CCUS 中回收成本較高，能耗較高，需結(jié)合企業(yè)二氧化碳資源濃度、可用量、下游對(duì)二氧化碳或其轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品的承接能力等，在工藝選擇上做好比選。

4.保障措施

（1）體制機(jī)制。制度體系是低碳工作開展的保障，要積極開展低碳制度體系建設(shè)，健全制度保障。規(guī)范企業(yè)對(duì)碳排放的統(tǒng)計(jì)、管理等工作，明確職責(zé)分工、工作程序，為開展碳排放管控提供體制保障，并保持正常運(yùn)行和持續(xù)改進(jìn)。

建立健全低碳組織機(jī)構(gòu)，加快推進(jìn)節(jié)能減排降碳職能協(xié)同、工作協(xié)同和機(jī)制協(xié)同，確保低碳工作系統(tǒng)性開展。健全低碳管理制度，從碳排放指標(biāo)到能源消耗，建立健全考核機(jī)制，形成低碳管理長(zhǎng)效機(jī)制。加強(qiáng)人員培訓(xùn)，宣貫碳達(dá)峰碳中和等政策方針，形成全員參與的氛圍，研討碳排放量占比較大裝置的提質(zhì)降碳改造項(xiàng)目，制定并完善符合公司實(shí)際情況的低碳發(fā)展行動(dòng)方案。

（2）組織機(jī)構(gòu)。為貫徹執(zhí)行國(guó)家及地方政府有關(guān)溫室氣體的方針、政策和制度，助力實(shí)現(xiàn)全國(guó)“碳達(dá)峰”目標(biāo)與“碳中和”愿景，要成立企業(yè)碳達(dá)峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組，以促進(jìn)低碳管理工作系統(tǒng)性開展，同時(shí)對(duì)下一步“雙碳”工作的開展進(jìn)行部署和安排，統(tǒng)籌企業(yè)減碳項(xiàng)目規(guī)劃，有步驟地實(shí)現(xiàn)減碳目標(biāo)。

（3）技術(shù)保障。挖掘降碳潛能，強(qiáng)化數(shù)據(jù)支撐保障。要定期開展碳排放核查，通過節(jié)能措施、清潔燃料代替、工藝優(yōu)化升級(jí)等多種渠道，從不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)上挖掘可減少碳排放的可行措施。要強(qiáng)化能源計(jì)量水平、監(jiān)測(cè)水平，設(shè)置專人管理計(jì)量各裝置能耗數(shù)據(jù)，制定并持續(xù)更新監(jiān)測(cè)計(jì)劃，為碳排放核算提供數(shù)據(jù)支撐保障。

實(shí)施精細(xì)管理，激發(fā)發(fā)展新動(dòng)能?？砷_展低碳審計(jì)、碳足跡評(píng)價(jià)等系統(tǒng)性工作，對(duì)公司溫室氣體排放源進(jìn)行辨識(shí)并核算其排放量，診斷現(xiàn)有二氧化碳計(jì)量方法、統(tǒng)計(jì)及上報(bào)制度，審核碳達(dá)峰碳中和貫徹落實(shí)情況。

加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，助力高質(zhì)量發(fā)展。引進(jìn)使用先進(jìn)的溫室氣體減排技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)，開展技術(shù)攻關(guān)活動(dòng)，降低現(xiàn)有裝置、設(shè)備的能源消耗。推廣應(yīng)用低碳、降碳新技術(shù)、新材料、新工藝、新產(chǎn)品等。依靠科技進(jìn)步逐步提高公司低碳管理水平，實(shí)現(xiàn)減排降碳目的，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提升低碳能源占比。發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)低碳產(chǎn)品或低碳消費(fèi)品，與區(qū)域形成能源互補(bǔ)、空間均衡的產(chǎn)業(yè)格局。

5.結(jié)語

上述低碳發(fā)展行動(dòng)路徑大部分已經(jīng)過實(shí)施驗(yàn)證具有較好效果，部分處于推動(dòng)實(shí)施中，對(duì)煉廠具有較好的借鑒意義。碳達(dá)峰、碳中和是我國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候問題對(duì)世界作出的莊嚴(yán)承諾，充分體現(xiàn)了大國(guó)擔(dān)當(dāng)。推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和工作有利于推動(dòng)石化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，促進(jìn)綠色生產(chǎn)方式，增加產(chǎn)品綠色含量，助力企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。石化行業(yè)要將碳減排工作作為一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)進(jìn)行安排部署，在繼續(xù)開展污染防治行動(dòng)的同時(shí)，緊抓制定碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，盡快推動(dòng)減污降碳做實(shí)、做細(xì)、做好。