石化行业节能减排途径分析

屠秉坤，陆宜航，陆海杰，姚乾秦

（浙江仁欣环科院有限责任公司，浙江 宁波 315000）

能源消耗和CO2排放密不可分，以CO2为主的大量温室气体排放是全球变暖的直接原因，全球变暖已成为人类有史以来面临的最具挑战性的环境问题之一，引起全世界的关注。为应对环境和气候变化的挑战，许多国家达成减少CO2排放的协议，如《巴黎协定》。中国是世界上最大的温室气体排放国，2006 年，中国CO2年排放量达到59.55 亿t，首次超过美国成为世界上最大的CO2排放国。2012 年，中国消耗的煤炭几乎相当于世界其他地区的总和，导致中国CO2排放量激增，占全球CO2排放量的23.6%。到2014 年，中国CO2排放量（91.35 亿t）是美国排放量的1.77 倍，占全球排放量的28.21%。2018年，中国与其他国家（地区）CO2排放量的对比如图1 所示[1]。

图1 2018 年中国与其他国家（地区）CO2 排放量的比较

本着减少CO2排放的责任和自身可持续发展的需要，2009 年，中国政府承诺到2020 年单位国内生产总值（GDP）碳排放量将比2005 年减少40%～45%。此后，为减少CO2排放，我国实施了一系列环保法规。2011 年，我国在7 个省市启动了碳排放交易机制（ETS）试点政策，旨在探索并逐步建立全国性的碳排放交易市场。2015 年，中国政府提出，到2030 年左右实现CO2排放达峰，单位GDP碳排放量比2005 年下降60%～65%，非化石能源占一次能源的消费比重提高到20%左右。作为经济增长的重要引擎，工业是能源消耗和CO2排放量最大的部门，化石燃料燃烧和工业化生产的CO2排放量约占全球CO2排放量的80%。而石化行业作为对原油、天然气进行开采和加工的经济支柱产业之一，是国家能源的生产大户，也是高能耗、高碳排放行业之一，其节能减排对于实现2030 年减排目标、促进低碳发展十分重要。因此，本文探讨了石化行业节能减排的途径。

1 优化炼油结构，实现装置大型化

大规模、长周期和炼化一体化是实现石化行业节能减排的重要途径。使用大型设备，可以使能量得到逐级利用，使装置间的热联合和低温余热的回收与利用更合理，从而显著提升经济效益。对于新建炼油厂而言，设计阶段要充分考虑炼油结构布局的合理性，实现装置大型化。已建炼油厂要以原有布局为基础，进一步优化炼油结构，以实现炼厂规模和炼油设备的大型化。

1.1 优化炼油结构

可设计一体化集成装置，优化油品调和方案，改善相对落后的生产工艺，以优化炼油结构。2008 年3月，中国石化九江分公司完成对常减压装置的扩能改造，提高了装置的加工能力。根据改造后的物流特点，同年5 月，该公司提高减压渣油、焦化汽柴油、焦化蜡油和脱沥青油的出料温度，停用部分空冷器，使炼油能耗降低。之后，以初步优化方案为基础，该公司继续利用热供料和热联合原理，对常减压、催化、加氢和污水汽提等装置进行深度优化，按照改造思路，进一步降低炼油装置的能耗[2]。陕西延长石油（集团）有限责任公司永坪炼油厂对热供料工艺进行优化改造，将S-Zorb 装置原料罐区供应改造为催化装置直接供应，将进料温度从35 ℃提升至65 ℃左右，提高原料过滤器及换热器的效率，减小原料加热炉的负荷，使稳定塔的操作平稳率从96%提升至99%，产品馏出口合格率从97%提升至98.5%，减少了加热炉的燃料气用量和催化装置的循环水用量[3]。

1.2 推进装置大型化

从20 世纪60 年代开始，很多发达国家的炼油业开始逐步向规模大型化转变，诸多大型炼油厂相继出现，炼油化工一体化工厂的化工装置也逐渐开始向大型化方向发展。装置大型化能显著降低企业生产成本。生产实践表明，相比建造2 座同类型的产能500 万t/a的炼油厂，建造1 座产能1 000 万t/a 的炼油厂可节约20%左右的投资，劳动生产率提高21%左右，生产费用降低12%～15%。此外，装置大型化可以促进炼油厂资源综合利用。

2 加强新材料和节能减排技术的研发

石化行业的产品加工涉及多种催化反应，需要使用多种催化剂，因此开发低成本、高催化效率、绿色环保的新型催化剂对于化工行业的节能减排十分重要。科莱恩公司针对碳氧化物与氢合成甲醇的工艺，研发出新一代的甲醇合成催化剂MegaMax®800。相较其他催化剂，它具有优良的低温活性和选择性，可以显著提升碳转化率和甲醇产量，并降低合成气的消耗量。此外，该催化剂热稳定性和机械强度均较高，使其可在日常苛刻的生产条件下更长稳地发挥催化作用。南化集团研究院研发出NC310型甲醇合成催化剂，该催化剂具有良好的活性和稳定性，甲醇产量高，单耗低，副产蒸汽等级高，经济效益显著。车延超等[4]研究了基于改性沸石催化剂Ni/ZSM-5 的甘油催化裂解制合成气的工艺，探究了催化剂与甘油的配比、反应温度对产品收率的影响。结果表明，反应温度为500 ℃，催化剂用量为3%时，产率最高，合成气收率为49.45%，氢气选择性为20.94%。

近年来，节能减排技术研究取得一系列创新型成果[5-7]。一是新型分离技术，有膜法分离、超临界分离、磁性分离、变压吸附分离、络合分离、微波分离、膜法蒸馏、抽提蒸馏等。二是新型反应技术，有反应蒸馏、超临界反应等。三是其他技术，涉及热能回收、热电联产等。石化行业要改进蒸汽疏水阀结构，提升加热炉热效率，回收余热与冷凝水。石化行业可以采用热回收或热电联产，减少热量消耗和用电量，有效减少温室气体的排放量。石化企业要优化系统配置，提升系统能效，发掘节能潜力[8-10]。

3 加大石化行业节能减排的宣传力度，强化激励引导

只有节能减排理念深入人心，石化企业才能在实际工作中真正贯彻落实。因此，应加大节能减排宣传力度，综合运用传统媒体和新媒体，及时发布节能减排资料，普及节能减排知识。石化企业可定期举办节能减排知识讲座，使员工深刻意识到节能减排的重要性，从而规范操作行为，减少能源消耗和环境污染。同时，石化企业要鼓励员工对节能减排措施进行研究。此外，石化企业可采用集中授课、线下考核等方式，对管理人员进行专业培训，并设置相应的激励机制[11-13]，提升管理层的节能减排意识，以便更好地开展节能减排工作。

4 结论

节能减排既关乎国计民生，又关乎企业生存发展，它是能源、环境和经济协调发展的客观要求。作为高能耗、高碳排放行业，石化行业是我国推进节能减排工作的重点领域。当前，石化企业要深入贯彻落实节能减排理念，优化炼油结构，实现装置大型化，同时加强新材料和节能减排技术的研发，加大节能减排的宣传力度，强化激励引导，扎实推进节能减排工作，为实现碳达峰碳中和贡献力量。