曹 湘 洪

(中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司，北京100728)

1 能源低碳化轉(zhuǎn)型已成為世界的大趨勢(shì)

化石能源的大量使用造成大氣中二氧化碳濃度上升是全球變暖的最主要原因，這已成為許多國(guó)家制定能源政策的依據(jù)。據(jù)世界資源研究所2017年下半年發(fā)布的報(bào)告，全球已有49個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，歐盟計(jì)劃到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，目前提出碳中和時(shí)間表的已有法國(guó)、德國(guó)、西班牙、英國(guó)、加拿大等30多個(gè)國(guó)家。實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主要措施是逐步禁用煤炭等高碳化石能源，發(fā)展天然氣和風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水能等可再生能源。

世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)開始從高碳向低碳化轉(zhuǎn)型[1]。與2010年相比，2019年消費(fèi)的能源中煤炭占比從29.9%下降到27.0%，天然氣占比從22.5%上升到24.2%，風(fēng)電占比從0.6%上升到2.2%，光伏發(fā)電從0.1%上升到1.1%，如圖1～圖3所示。

圖1 2010年全球能源結(jié)構(gòu)

圖2 2019年全球能源結(jié)構(gòu)

圖3 全球及主要國(guó)家非化石能源占一次能源的比例

2 我國(guó)積極推動(dòng)能源低碳化轉(zhuǎn)型

2.1 我國(guó)能源低碳化轉(zhuǎn)型成效顯著

“十一五”規(guī)劃提出了到2010年單位GDP碳排放降低20%的目標(biāo)，“十二五”規(guī)劃提出“逐步建立碳排放交易市場(chǎng)”，將大幅度降低二氧化碳排放強(qiáng)度作為約束性指標(biāo)納入規(guī)劃。2009年11月26日，在哥本哈根氣候變化大會(huì)前夕，中國(guó)政府向世界承諾，2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%～50%。2010—2019年我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)見表1。2014年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》，明確到2020年實(shí)現(xiàn)非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)15%左右，2020年實(shí)際達(dá)到14.14%。2020年森林面積比2005年增加4 000萬(wàn)公頃，森林蓄積量比2005年增加13億立方米。2005年以來(lái)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進(jìn)展。

表1 2010—2019年我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu) %

2.2 2020年我國(guó)明確提出碳達(dá)峰和碳中和時(shí)間表

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話，向世界承諾我國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這一承諾表明我國(guó)能源低碳化轉(zhuǎn)型進(jìn)入新階段。

2020年12月，中共中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出，要抓緊制定2030年碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，支持有條件的地方率先達(dá)峰；要加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)煤炭消費(fèi)盡早達(dá)峰；大力發(fā)展新能源，加快建設(shè)全國(guó)用能權(quán)、碳排放交易市場(chǎng)，完善能源消費(fèi)雙控制度。

3 能源轉(zhuǎn)型中我國(guó)煉油企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

3.1 成品油市場(chǎng)將逐步萎縮

3.1.1 新能源汽車快速發(fā)展

①電動(dòng)汽車(EV)

我國(guó)電動(dòng)汽車銷量從2014年起快速增長(zhǎng)，2020年電動(dòng)汽車銷量為111.5萬(wàn)輛，占汽車總銷量的4.4%，電動(dòng)汽車保有量為400萬(wàn)輛，占汽車總保有量的1.78%。

②燃料電池汽車(FCEV)

氫氣的質(zhì)量能量密度是汽油的3.25倍，既可通過(guò)化石能源獲取又可通過(guò)可再生能源獲取，與電相比更容易大規(guī)模儲(chǔ)存，只要同天然氣一樣管理，便可以安全使用。FCEV能效高且不排放污染物。從2018年3月以后，F(xiàn)CEV在我國(guó)快速進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入期，盡管氫氣儲(chǔ)存和使用技術(shù)與國(guó)外相比存在明顯差距，但加氫站數(shù)量及FCEV制造及銷售量快速增長(zhǎng)。到2020年，全國(guó)已有加氫站128座，F(xiàn)CEV累計(jì)銷售7 729輛。

2020年全國(guó)包括電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)、燃料電池汽車等新能源汽車銷售量占汽車總銷售量的5.4%，2014—2020年年均增速62.2%；新能源汽車保有量達(dá)到492萬(wàn)輛，占汽車保有量的1.79%。新能源汽車對(duì)油品消費(fèi)的影響將不斷加大。2020年10月20日，我國(guó)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》提出的發(fā)展愿景是到2025年新能源汽車銷量達(dá)到汽車新車總銷量的20%左右，力爭(zhēng)到2035年，純電動(dòng)汽車成為新車銷售的主流。根據(jù)該發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)汽柴油消費(fèi)將受到重大影響。

3.1.2 油電混合動(dòng)力汽車(HEV)減排節(jié)油HEV的動(dòng)力系統(tǒng)工作原理示意見圖4。內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)化后的HEV仍使用燃油，但內(nèi)燃機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)在高效率區(qū)，污染物排放顯著低于國(guó)Ⅵ(b)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放限值[2]，無(wú)充電之憂，使用方便，節(jié)油30%以上。隨著與HEV配套的內(nèi)燃機(jī)效率提升，節(jié)油效果更加明顯[3]。

圖4 HEV動(dòng)力系統(tǒng)工作原理示意

3.1.3 整車技術(shù)進(jìn)步汽車逐步輕量化，動(dòng)力消耗會(huì)進(jìn)一步降低，內(nèi)燃機(jī)汽車整備質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；整備質(zhì)量減少100 kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L。文獻(xiàn)[4]預(yù)測(cè)通過(guò)實(shí)施輕量化戰(zhàn)略，到2050年汽油車、壓縮天然氣(CNG)車、FCEV、EV的整備質(zhì)量將如表2所示。

表2 未來(lái)汽油車、CNG車、FCEV、EV的質(zhì)量預(yù)測(cè) kg

采用溶聚丁苯橡膠的綠色輪胎既可以提高抗?jié)窕?，縮短剎車距離，還能降低滾動(dòng)阻力20%以上，降低輪胎滾動(dòng)阻力22%～24%，轎車可節(jié)油3%～5%，載重車可節(jié)油6%～8%。整車技術(shù)進(jìn)步減少內(nèi)燃機(jī)汽車油耗和新能源汽車電耗、燃料電池氫耗的因素不可忽視。

3.1.4 未來(lái)汽車油耗預(yù)計(jì)2050年，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車將會(huì)退出市場(chǎng)。HEV，PHEV，EV，F(xiàn)CEV將發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)相應(yīng)的市場(chǎng)份額(見圖5)。具體的市場(chǎng)份額會(huì)受到各國(guó)宏觀政策、造車資源、造車技術(shù)、車輛經(jīng)濟(jì)性、安全性、便利性、廢棄車輛處置技術(shù)、消費(fèi)者接受程度等諸多因素影響，難以預(yù)測(cè)。即使有預(yù)測(cè)和既定的發(fā)展目標(biāo)，也會(huì)隨著新能源汽車使用認(rèn)知的深化而發(fā)生變化。可以肯定，隨著新能源汽車的發(fā)展和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)化技術(shù)及整車技術(shù)進(jìn)步，汽車油耗將會(huì)持續(xù)降低。中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》提出乘用車新車百公里平均油耗標(biāo)準(zhǔn)為2025年4.0 L、2030年3.2 L。

圖5 各類汽車動(dòng)力評(píng)價(jià)

3.1.5 以電力為主的公共交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善“四縱四橫”高速鐵路干線網(wǎng)及客運(yùn)支線加快建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人貨分運(yùn)，原有鐵路貨運(yùn)能力會(huì)持續(xù)增強(qiáng)。城鎮(zhèn)化過(guò)程中城市公交和軌道交通路線、鄰近城市之間(尤其長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀地區(qū))的城際鐵路不斷增多，也是對(duì)客運(yùn)和貨運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充和完善。

3.1.6 替代燃料使用量增加使用CNG和LNG的重型卡車、公交車、出租車的保有量預(yù)計(jì)2030年達(dá)到720萬(wàn)輛。為消化霉變玉米及重金屬污染等問(wèn)題糧食，已有及批準(zhǔn)建設(shè)和改造的生物乙醇裝置總能力8.66 Mt/a，隨著以農(nóng)林廢棄物為原料的生物乙醇經(jīng)濟(jì)性改善，E10乙醇汽油將會(huì)全面推廣；為消化餐飲廢油，推廣B5生物柴油，預(yù)計(jì)2030年分別影響汽油和柴油消費(fèi)量約10.0 Mt/a和2.5 Mt/a。煤制油生產(chǎn)能力在2018年已達(dá)8.68 Mt/a，在建5.0 Mt/a；利用壓縮煤炭消費(fèi)造成的閑置資源和資產(chǎn)，煤制油產(chǎn)能還可能繼續(xù)增長(zhǎng)。

3.1.7 我國(guó)汽柴油市場(chǎng)將逐步萎縮2020年我國(guó)千人汽車保有量達(dá)到201輛，2040年前還會(huì)逐步增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2040年達(dá)到千人保有量350輛左右的峰值。新能源汽車發(fā)展、內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)化、汽車輕量化、替代燃料增加、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)改變等因素會(huì)顯著影響車用汽柴油的需求。

圖6為2005—2019年我國(guó)消費(fèi)柴汽比變化情況。由圖6可知，柴油消費(fèi)量2015年達(dá)到峰值(173 Mt)，目前已進(jìn)入峰值平臺(tái)期，消費(fèi)量連續(xù)5年下降。2020年我國(guó)汽油消費(fèi)量116 Mt，預(yù)計(jì)今后5年增速會(huì)逐步趨緩，2025年達(dá)到156 Mt左右的峰值。2019年我國(guó)噴氣燃料消費(fèi)38.51 Mt，預(yù)計(jì)2040年前會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，達(dá)到79.0 Mt左右。2019年我國(guó)船用燃油消費(fèi)量28.38 Mt，雖然隨著LNG替代和船用內(nèi)燃機(jī)能效提高，消費(fèi)量會(huì)有所下降，但從2020年2月開始，保稅船用燃料油實(shí)施出口退稅，預(yù)計(jì)會(huì)推動(dòng)境內(nèi)報(bào)稅船用燃料油約10.0 Mt/a的需求增長(zhǎng)。隨著乙烯、對(duì)二甲苯產(chǎn)量增長(zhǎng)，化工用油需求2040年可能增長(zhǎng)到171 Mt左右。

圖6 2005—2019年我國(guó)消費(fèi)柴汽比變化■—汽油； ■—柴油； —柴汽比

3.2 石油化工產(chǎn)品消費(fèi)增速也將趨緩并達(dá)到峰值，并在峰值后出現(xiàn)市場(chǎng)萎縮

3.2.1 重化工產(chǎn)品消費(fèi)量變化規(guī)律工業(yè)化過(guò)程中重化工產(chǎn)品消費(fèi)呈現(xiàn)S型曲線規(guī)律(如圖7所示)[5]，以石油為原料的主要終端石化產(chǎn)品三大合成材料，即合成樹脂、合成纖維、合成橡膠都屬重化工產(chǎn)品。表3列出了美國(guó)、日本、西歐三大世界發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體石化工業(yè)的主要終端產(chǎn)品三大合成材料人均消費(fèi)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出，這三大經(jīng)濟(jì)體的三大合成材料消費(fèi)都已經(jīng)跨越人均消費(fèi)峰值，人均消費(fèi)量進(jìn)入下降通道，但其達(dá)峰的時(shí)間和達(dá)峰時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有顯著差異。

圖7 工業(yè)化過(guò)程中人均資源消費(fèi)的S型曲線

表3 美國(guó)、日本、西歐三大合成材料人均消費(fèi)變化及峰值

3.2.2 我國(guó)三大合成材料增長(zhǎng)的市場(chǎng)空間2019年我國(guó)三大合成材料產(chǎn)能、產(chǎn)量及表觀消費(fèi)量如表4所示。①合成樹脂：2019年我國(guó)人均消費(fèi)量為70.2 kg，比日本消費(fèi)峰值高出1.2 kg。2019—2025年年均增長(zhǎng)4%，2025年人均消費(fèi)量將達(dá)到88.8 kg，分別較日本和西歐的峰值水平高19.8 kg和13.8 kg，消費(fèi)增長(zhǎng)空間已較小。②合成纖維：2019年我國(guó)人均消費(fèi)量為36.3 kg，遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家水平。我國(guó)每年每人購(gòu)買化纖紡織品無(wú)法達(dá)到36.3 kg，主要是出口拉動(dòng)，如沒(méi)有紡織品出口，我國(guó)合成纖維生產(chǎn)能力已大量過(guò)剩。③合成橡膠：2019年我國(guó)人均消費(fèi)量為3.69 kg，約70%用于生產(chǎn)輪胎。2018年我國(guó)生產(chǎn)汽車輪胎6.52億條，可滿足汽車保有量3.8億輛、年產(chǎn)新車3 500萬(wàn)輛的輪胎需求。

表4 2019年我國(guó)三大合成材料產(chǎn)能、產(chǎn)量、表觀消費(fèi)量

3.2.3 禁(限)塑令加速三大合成材料人均消費(fèi)峰值和市場(chǎng)萎縮的到來(lái)由于使用和處理不當(dāng)造成的塑料污染日趨嚴(yán)重，世界許多國(guó)家開始禁止、限制部分塑料制品的生產(chǎn)和使用。2020年初，國(guó)家發(fā)改委和生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》，明確禁止或限制一次性塑料制品的生產(chǎn)、銷售和使用。2019年我國(guó)合成樹脂表觀消費(fèi)量為98.26 Mt，是世界消費(fèi)量247 Mt的39.8%，居世界首位。防治塑料污染還要求大力推進(jìn)廢舊塑料的回收利用。禁止(限制)生產(chǎn)銷售和使用及加強(qiáng)回收利用將加速合成樹脂人均消費(fèi)達(dá)峰和消費(fèi)的負(fù)增長(zhǎng)。隨著限塑令的實(shí)施，合成纖維及合成橡膠廢棄制品如廢棄的服裝、鞋帽、廢舊輪胎回收利用也已經(jīng)引起廣泛重視。禁(限)塑令必將加快我國(guó)三大合成材料消費(fèi)峰值提前到來(lái)。

3.2.4 低碳烯烴、芳烴的需求也將達(dá)峰和出現(xiàn)峰值后的萎縮乙烯、丙烯、對(duì)二甲苯的衍生產(chǎn)品主要是三大合成材料，三大合成材料人均消費(fèi)達(dá)峰和市場(chǎng)負(fù)增長(zhǎng)就意味著市場(chǎng)已不再需要更多的乙烯、丙烯、對(duì)二甲苯。進(jìn)入“十三五”，國(guó)內(nèi)投資大型石化項(xiàng)目出現(xiàn)熱潮，“十四五”還將有一批大型項(xiàng)目投產(chǎn)和建設(shè)，預(yù)測(cè)這一投資熱潮將造成約70%的石化產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩。中國(guó)石油和化工聯(lián)合會(huì)稱，丁二烯、對(duì)二甲苯、芳烴等化工產(chǎn)品到2025年自給率都將超過(guò)120%，更有一些人擔(dān)憂烯烴、聚碳酸酯等過(guò)去短缺的化學(xué)品產(chǎn)能都會(huì)過(guò)剩。也有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)我國(guó)對(duì)二甲苯產(chǎn)能2021年后將開啟過(guò)剩格局，“十四五”期間，我國(guó)丙烯產(chǎn)能將開始出現(xiàn)明顯過(guò)剩的狀況。

國(guó)內(nèi)煉油行業(yè)對(duì)車用燃料市場(chǎng)將會(huì)逐步萎縮已經(jīng)有清晰的認(rèn)識(shí)，于是許多企業(yè)規(guī)劃和啟動(dòng)油轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，期望通過(guò)多生產(chǎn)化工產(chǎn)品求生存謀發(fā)展。但是石化工業(yè)主要終端產(chǎn)品三大合成材料的市場(chǎng)并不存在無(wú)限增長(zhǎng)的空間，它們出現(xiàn)消費(fèi)峰值的時(shí)間會(huì)晚于車用汽柴油。在國(guó)家明確提出2030年要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰并抓緊落實(shí)具體措施的情景下，2030年前實(shí)現(xiàn)消費(fèi)達(dá)峰是大概率事件，煉油行業(yè)不能盲目地都進(jìn)行油轉(zhuǎn)化。

3.3 車用燃油品質(zhì)要從清潔向清潔高效轉(zhuǎn)變

車用能源電動(dòng)化轉(zhuǎn)型造成汽柴油市場(chǎng)逐步萎縮，但使用內(nèi)燃機(jī)的汽車仍然存在，并對(duì)高效、清潔的汽柴油產(chǎn)生需求，滿足內(nèi)燃機(jī)綠色低碳的要求。

車用汽油要具有更高的辛烷值，同時(shí)需要優(yōu)化餾程，進(jìn)一步降低芳烴含量，限制C9+重芳烴含量，進(jìn)一步降低烯烴含量，而且蒸氣壓要嚴(yán)格按季節(jié)分區(qū)域控制。車用柴油要求多環(huán)芳烴含量更低。

3.4 進(jìn)一步嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)增加生產(chǎn)成本

煉油企業(yè)“三廢”排放限值不斷嚴(yán)格，對(duì)土壤污染的治理也將提出要求。在環(huán)境敏感地區(qū)的煉油企業(yè)，地方政府還提出了比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更苛刻的要求。滿足嚴(yán)苛的“三廢”治理要求，一是缺乏先進(jìn)可用技術(shù)，二是造成投資增加和企業(yè)運(yùn)行成本上升。如圖8所示，歐盟曾經(jīng)統(tǒng)計(jì)了2004—2014年因排放法規(guī)導(dǎo)致油品及化工產(chǎn)品成本增長(zhǎng)的情況[6]。隨著我國(guó)安全環(huán)保和碳排放法規(guī)不斷嚴(yán)格，油品及化工產(chǎn)品生產(chǎn)成本也會(huì)越來(lái)越高。

圖8 歐盟2004—2014年立法導(dǎo)致的油品及化工產(chǎn)品成本增長(zhǎng)■—交通法律； ■—海關(guān)和貿(mào)易法律； ■—化學(xué)品特種產(chǎn)品法律； ■—工人安全法律； ■—排放和工業(yè)過(guò)程法律； ■—能源法律； ■—化學(xué)品法律。(定義2004年成本指數(shù)為1)

3.5 實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，煉油企業(yè)將面臨巨大減少碳排放壓力

有關(guān)部門正在制定2030年碳排放達(dá)峰行動(dòng)計(jì)劃。煉油企業(yè)是工業(yè)企業(yè)中碳排放大戶之一，制定碳排放指標(biāo)、征收碳稅迫使減少煤炭、石油焦用量是大概率措施。煉油過(guò)程節(jié)能是減少碳排放的重要措施，而現(xiàn)有技術(shù)難以支持煉油企業(yè)綜合能耗進(jìn)一步降低[7]。圖9所示為中國(guó)石油天然氣股份有限公司(中國(guó)石油)和中國(guó)石油化工股份有限公司(中國(guó)石化)煉油綜合能耗變化趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)兩家企業(yè)煉油能耗變化已進(jìn)入平臺(tái)期，繼續(xù)節(jié)能的難度也越來(lái)越大。

圖9 中國(guó)石油、中國(guó)石化煉油綜合能耗變化趨勢(shì)1kg標(biāo)油=41.8 MJ

4 能源轉(zhuǎn)型中我國(guó)煉油企業(yè)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的主要對(duì)策

4.1 研究市場(chǎng)變化，理性慎重進(jìn)行煉化一體化和油轉(zhuǎn)化項(xiàng)目的投資決策

要認(rèn)真研究煉油及石化行業(yè)主要產(chǎn)品的消費(fèi)規(guī)律，建立比較可靠的我國(guó)汽煤柴油、三大合成材料、乙烯、丙烯和對(duì)二甲苯市場(chǎng)消費(fèi)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)模型，科學(xué)研判未來(lái)需求。還要認(rèn)真分析國(guó)際煉油及石化產(chǎn)品供需發(fā)展趨勢(shì)，深入進(jìn)行我國(guó)煉油及石化產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力研究，準(zhǔn)確研判國(guó)外石化產(chǎn)品在我國(guó)市場(chǎng)的份額和我國(guó)產(chǎn)品占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)的可能性和份額。

行業(yè)投資咨詢機(jī)構(gòu)要用比較可靠的我國(guó)未來(lái)煉油及石化產(chǎn)品消費(fèi)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的競(jìng)爭(zhēng)力分析數(shù)據(jù)引導(dǎo)理性投資決策。實(shí)業(yè)投資者和金融資本投資者要專門組織團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性研究和自身的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)分析，慎重進(jìn)行煉化一體化項(xiàng)目、油轉(zhuǎn)化項(xiàng)目投資決策，不能盲目跟風(fēng)投資。地方政府要有正確的政績(jī)觀，不能只顧地方眼前的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，成為盲目投資的鼓動(dòng)者。

4.2 堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和需求導(dǎo)向，加大投入，大力推進(jìn)煉油技術(shù)創(chuàng)新

4.2.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，爭(zhēng)取重大技術(shù)突破圖10展示了非連續(xù)式技術(shù)進(jìn)步S型曲線[8]，基于原有科學(xué)知識(shí)的煉油技術(shù)日趨成熟，要通過(guò)基礎(chǔ)研究獲取全新科學(xué)知識(shí)，融合納米技術(shù)、現(xiàn)代分析表征技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、催化材料科學(xué)、分子煉油理論和煉油過(guò)程強(qiáng)化理論，實(shí)現(xiàn)煉油技術(shù)的非連續(xù)式進(jìn)步。

圖10 非連續(xù)式技術(shù)進(jìn)步S型曲線

深入進(jìn)行石油分子表征研究，建立石油分子結(jié)構(gòu)信息、組成信息庫(kù)，研究從原料分子結(jié)構(gòu)到目的產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，建立石油分子反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，支持優(yōu)化原料組分選擇、優(yōu)化反應(yīng)路徑、實(shí)現(xiàn)原料分子重構(gòu)成產(chǎn)品分子的精確調(diào)控。研究從原料分子重構(gòu)成目的產(chǎn)品分子的新催化材料，建立催化劑結(jié)構(gòu)、活性組分、制備工藝、反應(yīng)模型信息庫(kù)，支持模擬計(jì)算、高通量試驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)智能處理之間的高效循環(huán)，加快新催化劑的研究開發(fā)。研究納微尺度煉油化工過(guò)程強(qiáng)化和分子重構(gòu)工程實(shí)現(xiàn)中的科學(xué)問(wèn)題，重點(diǎn)研究催化劑、反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、質(zhì)量、能量、動(dòng)量傳遞之間的協(xié)同耦合機(jī)制，進(jìn)行數(shù)字建模，支持精準(zhǔn)高效生產(chǎn)目的產(chǎn)品的新技術(shù)、新工藝、新裝備開發(fā)。研究車用汽柴油中不同組成、不同餾分的典型分子及添加物在內(nèi)燃機(jī)中與空氣混合的燃燒反應(yīng)的歷程和機(jī)理，配合現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化和新一代內(nèi)燃機(jī)開發(fā)，科學(xué)提出后國(guó)Ⅵ階段車用汽柴油標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)建議和制定新的燃油標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)建議。

4.2.2 凝練主要課題，持續(xù)推進(jìn)煉油技術(shù)進(jìn)步

①更清潔高效油品生產(chǎn)技術(shù)

更清潔高效汽油生產(chǎn)技術(shù)，主要有多產(chǎn)液化氣和高異構(gòu)烴含量汽油的催化裂化催化劑、新結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、催化裂化反應(yīng)強(qiáng)化新技術(shù)，環(huán)境友好的含異丁烯的碳四餾分高效烷基化技術(shù)；更清潔高效柴油生產(chǎn)技術(shù)，主要有柴油中多環(huán)芳烴深度脫除技術(shù)，蠟油加氫裂化生產(chǎn)超低多環(huán)芳烴柴油技術(shù)；低硫燃料油生產(chǎn)技術(shù)，主要有低成本燃料油加氫脫硫技術(shù)，燃料油調(diào)合優(yōu)化技術(shù)；高檔潤(rùn)滑油生產(chǎn)技術(shù)，主要有高收率加氫異構(gòu)的Ⅲ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)，PAO合成基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)，高效添加劑定向可控合成和高檔潤(rùn)滑油配方優(yōu)化技術(shù)。

②煉油過(guò)程“三廢”資源化利用及深度處理技術(shù)

煙氣和工藝尾氣中多種污染物一體化深度脫除技術(shù)；酸性氣制硫裝置尾氣深度凈化技術(shù)，低溫深度脫硝催化劑，VOC高效回收技術(shù)，煉油及石化過(guò)程無(wú)組織排放VOC減排及低成本深度處理技術(shù)；污水高效深度處理回用技術(shù)，高含鹽污水低能耗脫鹽技術(shù)，高氨氮污水高效處理技術(shù)，污水中重金屬高效脫除技術(shù)；廢催化劑中活性金屬組分高效回收利用技術(shù)，廢催化劑及煉化過(guò)程其他廢渣、活性污泥高效無(wú)害化處理技術(shù)。

③煉油過(guò)程減少碳排放技術(shù)

低碳煉油反應(yīng)催化材料、催化劑及配套的工藝技術(shù)；原油充分利用和效益最大化的清潔低能耗煉油總流程構(gòu)建技術(shù)，收益最大化的煉油過(guò)程工藝條件綜合優(yōu)化節(jié)能減排技術(shù)；過(guò)程及過(guò)程耦合節(jié)能技術(shù)，包括以節(jié)能為目標(biāo)的精餾塔高效內(nèi)構(gòu)件及精餾塔設(shè)計(jì)技術(shù)，隔壁式精餾塔應(yīng)用技術(shù)，氣體或液體混合物膜分離純化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分子煉油的復(fù)雜組分萃取分離、吸附分離技術(shù)，反應(yīng)精餾，膜反應(yīng)器工業(yè)應(yīng)用技術(shù)，精餾、萃取、吸附、膜分離等過(guò)程耦合節(jié)能技術(shù)；過(guò)程強(qiáng)化節(jié)能減排技術(shù)，包括氣氣、液液、氣液、液固、液液固、氣液固傳質(zhì)控制反應(yīng)或分離過(guò)程納微尺度傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)，萃取、吸收、洗滌、混合等過(guò)程的納微尺度強(qiáng)化技術(shù)，電場(chǎng)、電化學(xué)、微波、等離子體等物理場(chǎng)強(qiáng)化反應(yīng)技術(shù)；低品位熱能高效回收利用技術(shù)，包括低溫?zé)岣咝е评浼袄淠芾眉夹g(shù)，低壓蒸汽機(jī)械壓縮提高壓力等級(jí)的能量回收利用技術(shù)；能量轉(zhuǎn)化過(guò)程提高能源轉(zhuǎn)化效率技術(shù)，包括瀝青、石油焦氣化和燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐集成供燃料氣、供電、供熱技術(shù)，瀝青、石油焦氣化和固體氧化物燃料電池(SOFC)或熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)集成供電供熱技術(shù)；以化石能源為主體、多能互補(bǔ)低碳智能煉油廠能源系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，包括可再生電力高比例接入技術(shù)，燃料氣、可再生電、自發(fā)電、外網(wǎng)電、蒸汽、氫氣等多種能源數(shù)字化、智能化能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，小型堆核電供電、供蒸汽、供氫與煉油廠能源系統(tǒng)集成技術(shù)。

④原油資源高效加工利用技術(shù)

一是重劣質(zhì)原油高效加工利用技術(shù)，主要包括新一代原油高效電脫鹽技術(shù)、融合納微尺度傳質(zhì)強(qiáng)化的低能耗劣質(zhì)渣油漿態(tài)床加氫裂化技術(shù)，渣油淺度脫瀝青-脫瀝青油加氫處理-催化裂化及瀝青氣化組合技術(shù)，融合納微尺度傳質(zhì)強(qiáng)化的低能耗長(zhǎng)周期固定床蠟渣油加氫處理和加氫裂化技術(shù)；二是產(chǎn)品價(jià)值最大化煉化一體技術(shù)，主要包括丙烯最大化的催化裂化新技術(shù)，重質(zhì)芳烴高效低氫耗轉(zhuǎn)化利用制對(duì)二甲苯和高效轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)汽油技術(shù)。

⑤煉油廠智能化技術(shù)

煉油廠數(shù)字化技術(shù)，包括數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀器儀表技術(shù)，多協(xié)議異構(gòu)信息系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)；全流程建模技術(shù)，包括煉油過(guò)程大數(shù)據(jù)分析機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)和過(guò)程機(jī)理的建模技術(shù)；設(shè)備健康管理技術(shù)，包括動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能檢測(cè)技術(shù)，靜設(shè)備及管線腐蝕、疲勞、結(jié)垢等異常智能檢測(cè)技術(shù)，設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析、故障預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)；在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化和經(jīng)營(yíng)決策優(yōu)化技術(shù)，包括基于煉油總流程及設(shè)備狀態(tài)的原油采購(gòu)和智能調(diào)合技術(shù)，基于油品市場(chǎng)變化的原油加工方案優(yōu)化和油品智能調(diào)合技術(shù)，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和模型的裝置運(yùn)行實(shí)時(shí)在線優(yōu)化技術(shù)；安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)智能管控技術(shù)，包括基于物料泄漏檢測(cè)數(shù)據(jù)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)智能管控技術(shù)，基于設(shè)備健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和工藝異常數(shù)據(jù)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)智能管控技術(shù)。

4.2.3 與煉油鏈接的新能源技術(shù)

①氫能技術(shù)

來(lái)自化石能源制氫裝置的氫氣和工業(yè)副產(chǎn)氫氣的高效提純及脫雜技術(shù)，燃料電池使用氫氣中痕量有害雜質(zhì)的快速分析技術(shù)。

②動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池用高性能碳材料技術(shù)

催化裂化油漿高效脫固生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)針狀焦技術(shù)，針狀焦生產(chǎn)動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池電極材料技術(shù)。

③生物基液體燃料生產(chǎn)技術(shù)

農(nóng)林廢棄物糖平臺(tái)生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)(如圖11所示)，包括高效粉碎膨化預(yù)處理技術(shù)與裝備，纖維素、半纖維素水解制六碳糖、五碳糖的低成本高活性酶開發(fā)，六碳及五碳糖同步發(fā)酵高耐受性菌種開發(fā)，木質(zhì)素高價(jià)值利用技術(shù)。

圖11 農(nóng)林廢棄物糖平臺(tái)生產(chǎn)燃料乙醇流程示意

農(nóng)林廢棄物氣化和厭氧發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù)(如圖12所示)，包括低能耗壓縮成型處理技術(shù)與裝備，無(wú)焦油生成的成型生物質(zhì)氣化技術(shù)，合成氣脫雜凈化技術(shù)，凈化后CO厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的高活性菌種及高效反應(yīng)器。

圖12 農(nóng)林廢棄物氣化-厭氧發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇流程示意

生物油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù)(如圖13所示)，包括高效酯化催化劑和反應(yīng)過(guò)程微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化技術(shù)，反應(yīng)產(chǎn)物低能耗分離提純技術(shù)。

圖13 生物油脂生產(chǎn)生物柴油流程示意

生物油脂生產(chǎn)生物噴氣燃料技術(shù)(如圖14所示)，包括長(zhǎng)壽命高選擇性脫羧催化劑，噴氣燃料高收率的加氫異構(gòu)催化劑和新工藝。

圖14 生物油脂生產(chǎn)生物噴氣燃料流程示意

4.2.4 煉油過(guò)程二氧化碳捕集利用技術(shù)

①二氧化碳捕集技術(shù)

高壓高通量二氧化碳分離膜的材料及制膜技術(shù)，大幅度降低吸收法捕集二氧化碳能耗的溶劑改性技術(shù)和傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)與專用設(shè)備。

②二氧化碳利用技術(shù)

二氧化碳加氫高轉(zhuǎn)化率合成甲醇的催化劑及工藝技術(shù)，利用煉油過(guò)程排放氣中NOx作氮源的藻類養(yǎng)殖和高價(jià)值利用技術(shù)。

4.3 圍繞綠色低碳提高資源利用效率，積極實(shí)施煉油企業(yè)的技術(shù)改造

石油資源利用不充分、過(guò)程及產(chǎn)品綠色清潔程度偏低的煉油企業(yè)積極實(shí)施綠色化技術(shù)改造。積極采用渣油漿態(tài)床加氫技術(shù)、渣油淺脫瀝青-脫瀝青油加氫-催化裂化-脫油瀝青氣化制氫組合技術(shù)等新技術(shù)，進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)煉油總流程的技術(shù)改造，淘汰一批延遲焦化裝置；采用微界面?zhèn)髻|(zhì)強(qiáng)化技術(shù)、分壁精餾塔、纏繞管式換熱器等新技術(shù)和新裝備進(jìn)行煉油過(guò)程節(jié)能改造；采用高液化氣和汽油收率的催化裂化新技術(shù)、固體酸烷基化、離子液體烷基化、廢酸量最低化的硫酸烷基化新技術(shù)進(jìn)行后國(guó)Ⅵ階段汽油質(zhì)量升級(jí)改造；采用超深度脫除多環(huán)芳烴調(diào)控芳烴含量的柴油加氫新技術(shù)、蠟油加氫裂化新技術(shù)進(jìn)行后國(guó)Ⅵ階段柴油質(zhì)量升級(jí)改造；采用低壓加氫脫硫和調(diào)合組分優(yōu)化新技術(shù)進(jìn)行低硫船用燃料油質(zhì)量升級(jí)改造；采用SO2和NOx一體化深度脫除技術(shù)、VOC高效回收和催化氧化深度脫除技術(shù)、廢水中COD低能耗深度脫除技術(shù)、高鹽廢水膜技術(shù)深度凈化和分質(zhì)分鹽技術(shù)等新技術(shù)進(jìn)行煉油過(guò)程廢氣和廢水處理系統(tǒng)的改造。

4.4 主動(dòng)應(yīng)對(duì)能源低碳化轉(zhuǎn)型，積極發(fā)展氫能，重視發(fā)展生物基燃料

4.4.1 積極發(fā)展氫能面向能源低碳化轉(zhuǎn)型，間隙性的光伏、風(fēng)力發(fā)電等可再生電力將繼續(xù)快速發(fā)展，高比例接入間歇性電力嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全性，而間隙性電力電解水制氫是一種大規(guī)模儲(chǔ)能手段。氫能驅(qū)動(dòng)各類交通工具潛力巨大，替代化石能源減碳固碳前景廣闊[9]。日本豐田汽車第二代未來(lái)5人座FCEV，百公里耗氫0.65 kg，按石腦油制氫折合百公里油耗3.3 L。一些鋼鐵企業(yè)計(jì)劃實(shí)施的氫冶金示范項(xiàng)目，每噸鋼減少二氧化碳排放1.8 t。我國(guó)發(fā)展氫能以替代柴油車的FCEV為主攻方向，氫氣的來(lái)源會(huì)逐步從灰氫(化石能源制氫)和藍(lán)氫(工業(yè)副產(chǎn)氫氣)向綠氫(可再生能源制氫)轉(zhuǎn)變。煉油企業(yè)要利用化石能源制氫、用氫的技術(shù)積累、管理經(jīng)驗(yàn)、人才優(yōu)勢(shì)，積極參與氫能發(fā)展，大型煉油公司可以將擁有的加油站改造成加油加氫聯(lián)合站，無(wú)需新征土地。煉油企業(yè)參與氫能發(fā)展的途徑還包括，按FCEV對(duì)氫氣中有害雜質(zhì)的限值，建設(shè)灰氫或藍(lán)氫的脫雜提純裝置，建立供氫中心，創(chuàng)造條件發(fā)展分布式光伏和風(fēng)力發(fā)電與電解水制氫。

4.4.2 重視發(fā)展生物基燃料利用農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物通過(guò)熱轉(zhuǎn)化+厭氧發(fā)酵平臺(tái)或糖平臺(tái)發(fā)展燃料乙醇。利用生物油脂(含餐飲廢油)生產(chǎn)生物噴氣燃料和生物柴油。

5 結(jié)束語(yǔ)

面向未來(lái)能源向低碳化轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)，我國(guó)煉油企業(yè)將面臨一系列重大挑戰(zhàn)。一是成品油市場(chǎng)逐步萎縮，二是石油化工產(chǎn)品消費(fèi)增速趨緩到達(dá)峰和達(dá)峰后市場(chǎng)逐步萎縮，三是車用燃料品質(zhì)要從清潔向清潔高效轉(zhuǎn)變，四是進(jìn)一步嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)增加生產(chǎn)成本，五是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，煉油企業(yè)將面臨巨大減少碳排放壓力。在能源低碳化轉(zhuǎn)型中，我國(guó)煉油企業(yè)的主要應(yīng)對(duì)措施有：一是理性慎重進(jìn)行煉化一體化和油轉(zhuǎn)化項(xiàng)目的投資決策；二是堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和需求導(dǎo)向，圍繞生產(chǎn)高效高清潔油品、煉油過(guò)程“三廢”資源化利用及深度處理、減少煉油過(guò)程碳排放、原油資源高效加工利用、煉油廠智能化、與煉油鏈接的氫能、動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池用高性能碳材料、生物基液體燃料、低能耗低成本二氧化碳捕集利用等技術(shù)，持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)；三是圍繞綠色低碳，積極實(shí)施煉油企業(yè)的技術(shù)改造；四是積極發(fā)展氫能，重視發(fā)展生物基燃料。