绿氢炼化助推石化行业实现“双碳”目标
2月16日，中国石化在内蒙古第一个绿氢示范工程——内蒙古鄂尔多斯市风光融合绿氢示范项目正式开工
近日，在2023石化产业发展大会能源与“双碳”论坛上，行业专家一致认为，加快节能降碳技术推广利用、推动炼化结构调整、发展绿色新能源是助力实现我国“双碳”目标以及建设新型能源体系的重要任务。我国石化行业节能降碳有何重要意义?目前节能降碳工作还存在哪些难点，又有哪些新方法可以助推行业低碳发展?
绿色低碳发展大势所趋
气候变化是全球工业化以来地球生态系统面临的严峻挑战，地球生态系统和地球气候系统已经达到临界点，实现人类能源利用与地球碳循环体系“碳中和”是破解世界能源问题、应对全球气候变化的有效途径。
据中国石油天然气股份有限公司副总裁杨继刚介绍，近年来，全球气候变暖带来的影响正逐步关联到每个人的生活，因气候变暖引发的冰川消融已经触目惊心。根据最新研究显示，若不改变现状，到2100年全球最多将有83%的冰川消失。
在此背景下，我国政府向世界庄严承诺了实现碳达峰碳中和的目标。实现“双碳”目标，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题的必然选择。党的二十大对新时代能源发展作出系统全面部署，提出建设“新型能源体”的战略要求，深刻阐明了未来五年乃至更长时期能源发展的目标、方针和路径。
石化行业是碳排放大户。有关数据显示，2020年国内CO2排放总量约100亿吨，石化和化工行业CO2排放量13.8亿吨。其中，重点碳排放产品CO2排放量9.42亿吨，占全行业碳排放总量的68.4%。
目前，英国、美国、法国、德国及日本等多个国家及地区建立了“碳标签”认证制度，鼓励各公司自愿推出产品碳标签，引导消费者支持同类产品中的低碳产品。
杨继刚表示，绿色低碳发展已经成为全球共识，世界上几乎所有知名公司都制定了减碳、零碳行动方案并跟踪落实，能源大跨步迈向绿色发展新征程，全球能源转型进入非化石能源规模化与化石能源清洁利用并举的新阶段。在“双碳”目标背景下，我国能源结构及电力系统也都将发生巨大的变革，以传统火电为主的电力系统将逐渐向以新能源为主体的新型电力系统转变，新能源将得到迅猛的发展。适应“双碳”转型是产业发展、企业生存的必由之路。
实现“双碳”关键在石化能源
据了解，2020年我国石化和化工行业碳排放总量为13.78亿吨，其中重点过程与产品总排放量约9.42亿吨，石油加工总排放量约4.11亿吨。对此，中国石化石油化工科学研究院技术支持与服务中心(低碳中心)副主任吴昊表示，目前全球最主要的碳排放来源有3个：电、热生产活动，交通运输产业以及制造产业与建筑业。全球化学品和石化行业碳排放占比5.8%，其中石化能源使用占比3.6%，石化工业过程占比2.2%。我国传统能源占比较大，能源结构不合理，高碳化石能源占比过高且能源利用效率偏低、能耗偏高。结构转型和碳减排是未来炼化企业发展的重点及难点。
吴昊指出，在“双碳”目标和建设新型能源体系的新发展阶段，石化行业面临碳排放总量大、减排任务紧、制约因素多的现实。行业和企业需尽快摸清家底、统筹减碳与发展、尽快建立石化行业的碳评估体系及数据库，指导复杂流程工业的低碳发展与低碳竞争。
“‘双碳’的最终落脚点在能源。”中国石化经济技术研究院有限公司副总工程师曹建军谈到，目前非化石能源尚未建立完善的能源储备能力，化石能源中期内仍将为主体能源，在新旧能源尚未实现平稳接替的过渡期内，二者需统筹协调发展以保障能源安全。
据介绍，当前能源结构正从化石能源为主向非化石能源为主逐步转变，预计石油需求峰值和部分石化产品饱和点即将到来，车用油品将更多转向材料和石化产品。
成品油方面，曹建军表示，随着“双碳”方向的逐步清晰，对未来成品油替代的预期也在逐步增加，2060年替代成品油的比例已经从5年前研究提出的小于40%提升至超过80%。
炼化方面，曹建军指出，当前我国炼化行业结构性矛盾突出。未来行业当直面三大发展难点：一是石化产品结构性过剩仍将延续，二是新产品、新功能材料需求大幅增加，三是高端产品的国内供应严重不足。
绿氢与绿电耦合助力用能结构变革
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分和用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，绿氢则是炼化产业实现碳中和的重要途径。中国石油化工股份有限公司总工程师、中科院院士谢在库表示，绿氢与绿电协同耦合替代化石能源、重构炼化业务能源供给体系统称为绿氢炼化。要发展绿氢炼化、实现碳中和，必须要加快推进绿氢与绿电耦合发展，大力调整炼化业务用能结构。
谢在库指出，在“双碳”目标下，我国成品油需求趋于饱和并逐步下降，化工产品需求仍将保持一定幅度增长，炼油企业必须要加快“油转化”“油转特”，化工企业必须要加快增产化工新材料，同时还必须要减污降碳、实现“双碳”目标，从而将导致炼化企业产品结构和装置结构发生重大变化。
谈及炼化产业如何适应绿氢绿电发展，推进炼化工艺总流程再造等问题，谢在库建议，打造“制储运用”环节，加快绿氢制取布局。在我国可再生能源资源丰富地区，与新能源发展优势企业合作建设绿氢生产大型基地。以安全可控为前提，开展氢气储运技术研究及应用，做好绿氢“制储输用”安全保障的首要任务。
“石油化工转型发展的主要技术方向是节能降耗、提高资源利用率、新工艺新路线、CO2捕集和废塑料回收。其中，节能降耗技术有加大核心技术攻关、支撑绿氢炼化发展两大方向。为了加快推进绿氢炼化，各企业需要集中优势科研力量，深化产学研合作，部署一批绿氢炼化关键核心技术攻关。”杨继刚说。
吴昊则谈到，化工转型背景下，碳排放总量处于爬坡阶段，应更多地实施节能降碳、资源高效利用技术方案;针对炼厂规划项目，应打造低碳基因，为碳中和奠定良好基础;在碳达峰碳中和情境下，石油在能源消费占比中变化不大，可再生能源比例大幅提升，石油更多地由“燃料”向“原料”转变，资源循环利用、CCUS将发挥重要作用。
对于严格能效约束推动重点领域节能降碳，曹建军建议要本着“就高不就低”的原则，对标国内外生产企业先进能效水平，确定各行业能效标杆水平，以此作为企业技术改造的目标方向。对产能已经饱和的行业按照“减量置换”原则压减产能，对产能尚未饱和的行业，要对标国际先进水平提高准入门槛，对能耗较大的新兴产业要支持引导企业应用绿色技术，提高能效水平。
2030石化行业能效水平将达最好
根据2021年年底召开的中央经济工作会议精神，为进一步做好原料用能不纳入能源消费总量控制有关工作，国家发改委、国家统计局制定了新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制的通知。原料用能指用作原材料的能源消费，即能源产品不作为燃料、动力使用，而作为生产非能源产品的原料、材料使用。具体范畴为：用于生产非能源用途的烯烃、芳烃、炔烃、醇类、合成氨等产品的煤炭、石油、天然气及其制品等，属于原料用能范畴;若用作燃料、动力使用，不属于原料用能范畴。此外，工信部为支撑行业可持续低碳发展提供了石化行业“双碳”平台。
据了解，2030年后，成品油需求将大幅减少，化工原料需求将保持一定水平，以提高油品质量为主要目的的加氢精制装置规模将大幅度减小，以生产优质化工原料为主要目的的加氢裂化技术将有较大发展空间，需要适时调整炼油加氢装置结构，重点发展以“全加氢裂化”为核心的技术路线。与此同时，一部分催化裂化装置将逐步关停;一部分催化裂化装置将逐步改造为加工轻烃、再生原料、低碳石油组分等，形成以催化裂解为核心的多产化工原料的总流程。
为着力实现碳达峰碳中和，我国能源结构将加快由高碳能源转向低碳能源，推动绿电和绿氯产业快速发展、成本不断下降。当电价为0.4元/千瓦时之时，碱性电解技术下绿氢成本约为29.93元/千克，质子交换膜电解技术下绿氢成本为39.87元/千克，未来随着技术不断进步和绿电电价不断下降，预计2023年绿氢成本将降至18～20元/千克，经济性开始显现，2050年绿氢将进入大规模应用和快速发展时期。
曹建军预测，到2025年，国内原油一次加工能力将控制在10亿吨以内，主要产品产能利用率提升至80%以上;通过实施节能降碳行动，重点行业和数据中心达到标杆水平的产能比例超过30%。到2030年，重点行业能效基准水平和标杆水平进一步提高，达到标杆水平企业比例大幅提升，行业整体能效水平和碳排放强度达到国际先进水平，为如期实现碳达峰目标提供有力支撑。