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

國家碳達峰碳中和戰(zhàn)略要求下，產業(yè)做強做大與碳約束趨嚴的矛盾日益凸顯，煉化行業(yè)面對能源綠色低碳發(fā)展、保障國家能源安全及自身生產經營的多重壓力，距離實現(xiàn)能耗雙控向碳排放雙控的轉變仍存在較大挑戰(zhàn)，要統(tǒng)籌處理好發(fā)展和減排的關系，積極實施碳達峰碳中和目標行動方案，穩(wěn)步推進煉油化工等高碳排放業(yè)務轉型升級步伐。

1.國家碳達峰碳中和對石化行業(yè)的要求

我國力爭2030 年前碳排放達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和；到2030 年，中國單位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比重將達到25%左右。

碳達峰碳中和目標下，我國煉化行業(yè)面臨發(fā)展與減碳雙重挑戰(zhàn)。一方面，隨著經濟發(fā)展和市場需求變化，化工品及新材料的需求持續(xù)快速增長，推動產能快速增長?！笆奈濉逼陂g，我國仍將有多個煉化一體化項目建成投產，預計2025 年我國煉油能力達9.8億噸，乙烯總產能突破5000 萬噸，成為世界第一大煉油和乙烯生產國。另一方面，我國確立2030 年前實現(xiàn)碳達峰、2060 年前實現(xiàn)碳中和的目標，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%，占比相對較小[2]。

煉化行業(yè)是向社會輸出汽油、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。不同煉廠因產業(yè)鏈、產能規(guī)模等存在差異，加工過程的能源消耗也存在差別。通過對國內幾家煉廠碳排放量相關數據的收集分析，從中小型煉廠到千萬噸級煉廠，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，導致化石燃料燃燒排放較少，凈購入熱力排放較高。

未來較長一段時間內，在全球實現(xiàn)碳達峰碳中和的政策驅動下，碳排放權交易將作為市場化手段，促進碳減排的一項重要政策機制。由于石化等行業(yè)工藝復雜，碳配額分配難度較高，目前全國碳排放權交易市場僅覆蓋了發(fā)電行業(yè)。隨著《碳排放交易權管理辦法（試行）》《關于全國碳排放權交易市場2021、2022 年度碳排放配額清繳相關工作的通知》等相關法規(guī)政策體系的不斷完善，交易范圍逐步擴大，石化行業(yè)納入碳排放交易是必然趨勢。因此，作為推動國家綠色低碳高質量發(fā)展的重要參與者、貢獻者，石化行業(yè)碳排放的精細化管理亟需提升，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

實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，首先要把節(jié)約能源資源、提高用能效率放在首位，實行全面節(jié)能戰(zhàn)略，持續(xù)降低石化行業(yè)單位產值能源消耗和碳排放量，提高投入產出效率。石化行業(yè)產業(yè)鏈不盡相同，油品加工過程技術復雜，高溫、高壓過程中消耗大量能源，當務之急需要加強節(jié)能項目的研討和應用，對短、長期節(jié)能項目進行統(tǒng)一部署，構建高效、低耗的產品加工流程。

①實施設備優(yōu)化。提升設備能效，一是要著眼于提高工業(yè)窯爐運行熱效率，減少燃料消耗。管式加熱爐作為主要的能量轉換設備，是裝置的耗能大戶，要依靠技術改造、應用高效材料等實現(xiàn)爐管傳熱強化。如通過實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，加強對能耗高、效率低的重點耗能設備開展技術攻關。推廣使用低耗能設備和高效電機、泵，減少壓縮機無用功，分階段實施低效電機、變壓器替代，不斷提升高效設備占比，有效解決設備“大馬拉小車”現(xiàn)象。

②開展余熱利用。石化行業(yè)現(xiàn)基本已采取措施對生產裝置的低溫熱開展初步利用，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，剩余低溫熱與對溫度需求低的物料進一步換熱升溫，減少低壓蒸汽和冷卻設備的使用。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。需要實施以公司為邊界的熱源梳理，進行整體優(yōu)化，以熱量多級利用為原則，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)加強生產優(yōu)化

當前，部分煉廠的生產裝置仍存在節(jié)能操作不合理的現(xiàn)象，全廠能量優(yōu)化方面有待加強。一方面，主體生產裝置存在較大優(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)水或空冷器進行冷卻，這使得低溫位熱量遭受嚴重損失，同時也耗費了大量循環(huán)水[3]，可設立低溫熱媒水系統(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)水場及各裝置對循環(huán)水流量進行調整，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，此外要加強對換熱效果差的換熱器進行清洗除垢。

(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)，對煉廠干氣進行回收利用，要嚴格控制火炬排放，尤其是開停工等異常工況時，煉廠干氣要最大限度通過氣柜回收利用。

(4)實施清潔化能源替代

煉廠電力主要為外購，華北地區(qū)電力折算系數明顯高于華南等區(qū)域，其主要原因是北方電廠可再生能源使用比例較低，火電機組單位供電標煤耗較高，因此，直接造成北方煉廠電力隱含的碳排放量大?；诖耍覈龢嫿ㄒ孕履茉礊橹黝}的新型電力系統(tǒng)，同步構建動態(tài)電網碳排放因子[5]。在“雙碳”及構建新型電力系統(tǒng)的背景下，我國將加快實現(xiàn)能源綠色低碳轉型，新能源發(fā)電比例將進一步提升。石化行業(yè)可采取與風能、核能等清潔電力公司的洽談，簽訂綠電采購協(xié)議，提高清潔電力的使用占比。依托停車場等資源，建設光伏發(fā)電項目，實現(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)化我國的能源消費結構、加快能源消費結構向新能源轉型及保障國家能源安全等方面具有重要意義。我國將力爭在2060 年達到碳中和，與同樣成本較低的化石能源制氫相比，化工副產制氫在碳減排方面有顯著優(yōu)勢。

(5)加強甲烷管控

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)在設備管線與組件泄漏、儲罐、裝卸、污水逸散等環(huán)節(jié)，要依靠技術、管理提升實現(xiàn)加工過程減排，以揮發(fā)性有機物管控為抓手，采取減污與降碳協(xié)同治理舉措。一是定期開展LDAR 檢測，及時修復泄漏點位，加強設備可靠性運行管理，減少泵、閥門、法蘭等密封點的泄漏。二是輕質液儲罐應用低泄漏呼吸閥，改善總烴逸散。三是輕質油品儲罐應用高效液浮盤+高效密封形式，解決儲罐無組織排放問題。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。五是污水處理廠實施污水集氣罩修復、改造，提高負壓風速，減少甲烷、非甲烷總烴的逸散。

(6)提高新建項目準入條件

在高度重視“差異化、高端化、功能化”發(fā)展戰(zhàn)略的同時，在項目建設的前期要加強碳評的管控，做到數據精準有據可依，實現(xiàn)碳排放總量和強度雙控，避免盲目發(fā)展“高耗能、高排放、低水平”項目。降碳管控關口前移，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)能型設備設施，裝置能耗對標先進。

(7)穩(wěn)妥有序推進“碳中和”

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

目前，我國二氧化碳捕集分離技術主要為吸收法、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油。但目前CCUS 中回收成本較高，能耗較高，需結合企業(yè)二氧化碳資源濃度、可用量、下游對二氧化碳或其轉化的產品的承接能力等，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，健全制度保障。規(guī)范企業(yè)對碳排放的統(tǒng)計、管理等工作，明確職責分工、工作程序，為開展碳排放管控提供體制保障，并保持正常運行和持續(xù)改進。

建立健全低碳組織機構，加快推進節(jié)能減排降碳職能協(xié)同、工作協(xié)同和機制協(xié)同，確保低碳工作系統(tǒng)性開展。健全低碳管理制度，從碳排放指標到能源消耗，建立健全考核機制，形成低碳管理長效機制。加強人員培訓，宣貫碳達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降碳改造項目，制定并完善符合公司實際情況的低碳發(fā)展行動方案。

（2）組織機構。為貫徹執(zhí)行國家及地方政府有關溫室氣體的方針、政策和制度，助力實現(xiàn)全國“碳達峰”目標與“碳中和”愿景，要成立企業(yè)碳達峰碳中和工作領導小組，以促進低碳管理工作系統(tǒng)性開展，同時對下一步“雙碳”工作的開展進行部署和安排，統(tǒng)籌企業(yè)減碳項目規(guī)劃，有步驟地實現(xiàn)減碳目標。

（3）技術保障。挖掘降碳潛能，強化數據支撐保障。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)化升級等多種渠道，從不同生產環(huán)節(jié)上挖掘可減少碳排放的可行措施。要強化能源計量水平、監(jiān)測水平，設置專人管理計量各裝置能耗數據，制定并持續(xù)更新監(jiān)測計劃，為碳排放核算提供數據支撐保障。

實施精細管理，激發(fā)發(fā)展新動能。可開展低碳審計、碳足跡評價等系統(tǒng)性工作，對公司溫室氣體排放源進行辨識并核算其排放量，診斷現(xiàn)有二氧化碳計量方法、統(tǒng)計及上報制度，審核碳達峰碳中和貫徹落實情況。

加強技術攻關，助力高質量發(fā)展。引進使用先進的溫室氣體減排技術、管理經驗，開展技術攻關活動，降低現(xiàn)有裝置、設備的能源消耗。推廣應用低碳、降碳新技術、新材料、新工藝、新產品等。依靠科技進步逐步提高公司低碳管理水平，實現(xiàn)減排降碳目的，最終實現(xiàn)高質量發(fā)展。

調整能源結構，提升低碳能源占比。發(fā)展低碳產業(yè)，生產低碳產品或低碳消費品，與區(qū)域形成能源互補、空間均衡的產業(yè)格局。

5.結語

上述低碳發(fā)展行動路徑大部分已經過實施驗證具有較好效果，部分處于推動實施中，對煉廠具有較好的借鑒意義。碳達峰、碳中和是我國應對全球氣候問題對世界作出的莊嚴承諾，充分體現(xiàn)了大國擔當。推動碳達峰、碳中和工作有利于推動石化行業(yè)綠色轉型，促進綠色生產方式，增加產品綠色含量，助力企業(yè)高質量發(fā)展。石化行業(yè)要將碳減排工作作為一項重要的戰(zhàn)略任務進行安排部署，在繼續(xù)開展污染防治行動的同時，緊抓制定碳排放達峰行動方案，盡快推動減污降碳做實、做細、做好。