我国石化工业实现“双碳”目标的路线图探讨

刘佩成

（中国石油化工集团有限公司综合管理部，北京 100728）

党的二十大报告提出，要立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，积极稳妥推进碳达峰碳中和。石化工业是我国国民经济的支柱产业，能源结构以化石能源为主，特别是煤炭占比较高，碳排放量较大，实现“双碳”目标挑战性更大、困难更多[1]，迫切需要研究分析不同阶段的碳减排路线图，为积极稳妥、经济可行地实现“双碳”目标寻求解决方案。

1 我国石化工业实现“双碳”目标面临的挑战

1.1 降低碳排放量难度较大

2021年我国炼油新增产能1 670万吨/年、总能力达到8.91亿吨/年，乙烯新增产能635万吨/年、总能力达到4 153万吨/年；预计2025年我国炼油将新增产能9 800万吨/年、总能力达到9.89亿吨/年，乙烯将新增产能2 179万吨/年、总能力达到6 332万吨/年，届时炼油和乙烯产能均将超过美国，位居全球第一[2]。据测算，2021年我国石化工业碳排放量约5亿吨，占全国碳排放总量的5%；千万吨级炼厂加工每吨原油碳排放量为0.3吨左右，其中，燃烧排放约占65%、生产过程排放约占30%、间接排放约占5%；百万吨乙烯装置生产每吨烯烃碳排放量约为1吨，其中，燃烧排放约占91%、生产过程排放约占9%。为实现第二个百年奋斗目标、满足国民经济发展和人民日益增长的美好生活需要，未来一段时间我国部分石化产品产能仍将保持扩张趋势，碳排放量仍将增加，预计2030年前可实现碳达峰，峰值为6.0亿～6.5亿吨[3]。从2030–2060年，我国石化工业要用30年时间完成由碳排放峰值降至净零排放，碳排放基数较大，时间紧，难度大。

1.2 实现新能源规模替代尚需时日

石化工业产业链长、工艺流程复杂，属于能源密集型产业，能源结构以煤炭、石油焦、炼厂干气、天然气等化石能源为主，主要为各种加热炉、锅炉等提供燃料，消费量较大。2020年，我国石化工业消耗能源约2亿吨标准煤，占全社会终端总能耗的5.5%。由于石化生产运营对能源的安全稳定性和技术经济性要求较高，风电、光电等新能源存在波动性间歇性、成本相对较高，电气化替代化石能源难度较大，还有许多关键技术需要攻克。因此，我国石化工业中短期内仍将以化石能源为主，新能源还难以实现规模化替代，节能降碳难度较大，但是随着技术进步和成本下降，新能源使用量将会不断增加。

1.3 推进产业优化升级任重道远

近年来，虽然我国石化工业不断加大供给侧结构性改革力度，大力发展千万吨级炼厂和百万吨级乙烯、芳烃装置，加快淘汰落后产能，但目前我国石化工业先进产能占比仍不是很高，存在许多“小炼油”和“小化工”等落后产能。2020年，我国炼厂平均规模近600万吨/年，虽比2015年增加80多万吨，但仍低于世界860万吨/年的平均水平。据统计，2021年我国200万吨/年以下的炼油能力为0.7亿吨/年，200万～500万吨/年炼油能力为1.2亿吨/年，淘汰落后产能任务较为艰巨[4]。先进产能占比不高，落后产能淘汰较难，导致我国石化工业能耗和碳排放强度较高。为遏制“两高”项目盲目发展，推动炼油、乙烯等重点产业绿色低碳转型，确保如期实现碳达峰目标，2021年10月国家发展改革委印发《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021–2025年）》，要求推动200万吨及以下炼油装置、30万吨/年及以下乙烯装置加快退出，加大闲置产能、僵尸产能处置力度。预计“十四五”及未来一段时间，我国石化工业将进入提质增效、转型升级、减油增化、减污降碳的高质量发展阶段。

1.4 加大废旧石化产品回收仍需努力

据中国物资再生协会发布的报告，2021年我国废塑料回收量约1 900万吨，总体回收率仅31%，仍处于较低水平。废旧高分子材料循环利用是循环经济的重要组成部分。在“双碳”目标下，废旧高分子材料实现循环利用，既可节约能源、减少污染物及碳排放，又能有效保护生态环境，对石化工业实现绿色低碳循环发展有重要的推动作用。

1.5 降碳减排技术关键环节仍需攻克

我国石化工业要向绿色低碳循环发展方式转变，实现“双碳”目标，必须要有成熟的降碳、零碳和负碳技术提供强有力支撑。但是，我国石化科技原始创新能力还不强，开发成功并应用的节能降耗技术、能效提升技术、高效催化技术、资源综合利用技术、过程强化技术等，还需要提高生产效率；新型太阳能、风能、地热能、氢能、生物质能、核能等零碳技术，还需要提高技术开发水平，降低成本；二氧化碳捕集、封存和利用（CCUS）技术、二氧化碳高效转化燃料和化学品技术等负碳技术，尚需要降低能耗和成本。

2 我国石化工业实现“双碳”目标的路线图分析

面对实现“双碳”目标的诸多挑战，我国石化工业需要采取“减排为主、吸收为辅”的思路，根据石化产业发展趋势、新能源安全可靠替代程度以及降碳、零碳和负碳技术成熟度等，分阶段实施不同的碳减排路径，制定积极稳妥、经济可行的实现“双碳”目标路线图。

2.1 碳达峰期的路线图

为确保2030年前实现碳达峰目标，并尽可能将峰值压低，为实现碳中和奠定较好基础，我国石化工业需要实施如下碳减排路线。

1）科学合理调控炼化产能，降低能源消费强度

目前，我国炼油及部分石化产品产能严重过剩，高端石化产品产能不足，需要进行科学合理的宏观调控，降低能源消费强度。一是要充分发挥好市场在资源配置中的决定性作用和更好发挥政府的宏观调控作用，结合京津冀协同发展、长江经济带、粤港澳大湾区、长三角一体化、西部大开发、振兴东北、海南自由贸易港等国家重大发展战略，加强供给侧结构性改革，科学合理调控炼化产能总量、产能结构和产业布局，建设绿色石化企业和绿色石化园区，推动石化产业基地化、集约化、园区化、大型化发展，突出石化产业智能化、高端化、绿色化和国际化，进一步提高产业集中度，不断降低能源消费强度。二是要积极引导石化企业从“要素驱动”转向“创新驱动”、从“粗放发展”转向“集约发展”、从“量的扩张”转向“质的提高”，坚决遏制炼油新增产能和过剩石化产品产能盲目发展，完善并严格落实产能置换相关政策，加快推进“油转化”“油转特”，不断推动产业结构向高端化转型，进一步提高石化产品有效供给能力，切实减少碳排放量。三是要坚持做强存量与做优增量并重，大力发展先进产能，加快淘汰落后产能，推动石化产业提质增效升级，实施以成品油质量升级和化工产品高端化为主的产业升级工程，优化调整产业结构、原料结构、装置结构、产品结构，着力解决大宗产品过剩、高端产品不足的结构性矛盾，加快迈向全球产业链价值链中高端，不断满足人民日益增长的美好生活需要和相关产业升级发展需求。

2）加大节能降碳改造力度，降低碳排放强度

目前，与世界先进水平相比，我国石化工业节能降碳水平还存在较大差距，未来需要加快对炼油、乙烯、芳烃产业进行节能降碳改造升级，不断降低碳排放强度。一是炼油产业要对工艺换热网络、装置间热联合、低温热综合利用、辅助系统用能、蒸汽动力系统等进行优化升级改造，持续挖掘节能潜力，不断提升能源利用效率，加快淘汰200万吨/年及以下常减压装置，加快退出能效在基准水平（8.5千克标油/吨·因数）以下产能，到2025年炼油产业能效达到标杆水平（7.5千克标油/吨·因数）以上产能占比达到30%。二是乙烯产业要加快原料结构优化调整、抑制炉管结焦、工艺节能改造、公用工程节能改造，加快淘汰30万吨/年以下乙烯装置，加快退出能效在基准水平（640千克标油/吨）以下产能，到2025年乙烯产业能效达到标杆水平（590千克标油/吨）以上产能占比达到30%。三是芳烃产业要采用先进节能技术、节能设备和新材料改造升级现有对二甲苯（PX）装置，持续挖掘节能潜力，不断提升能源利用效率，加快淘汰单系列60万吨/年及以下规模PX装置，加快退出能效在基准水平（550千克标油/吨）以下产能，到2025年PX产业能效达到标杆水平（380千克标油/吨）以上产能占比达到50%。

3）逐步减少高碳能源使用，推进能源消费低碳化

在保证能源安全供应的前提下，压减高碳能源使用，有利于减少碳排放。一是逐步压减石化生产中煤炭使用量，增加天然气使用量，发挥天然气在能源转型中的桥梁作用，实现由高碳能源逐步向低碳能源转变。二是根据汽柴油需求正在达峰并开始下降的情况，逐步推动炼油产业从主要生产成品油转向多产化工原料和特种油品。三是在确保能源安全、电力稳定充足供应的前提下，逐步推进以电代煤、以电代油、以电代气，不断提升石化工业电气化水平，促进能源消耗低碳化转型，提升清洁能源消费比重，提高能源利用效率，构建清洁、高效、低碳的用能结构。

4）采用先进绿色工艺技术，努力推动生产过程低碳化

石化工业除有与能源相关的直接碳排放外，还有生产工艺本身产生的过程碳排放。要降低石化过程碳排放量，一是要大力推行绿色设计，推动先进绿色生产技术改造，推广先进适用的环保装备，降低能耗；二是要优化催化裂化原料、采用先进环氧乙烷技术等，减少催化剂结焦量和乙烯氧化副反应发生，降低碳排放量；三是要积极利用清洁电力生产氢气、甲醇等原材料，优化生产工艺流程，加快向低能耗、低排放、高附加值方向转型，大幅减少生产过程碳排放；四是要采用5G通讯、大数据等新一代信息技术，加快推进石化产业数字化转型，不断提高生产效率，推动生产过程减少碳排放。

5）加强废旧石化产品回收利用，发展循环经济

我国每年产生大量废旧塑料、轮胎、聚酯瓶等资源，如果将这部分资源回收循环利用，可有效降低对新的合成树脂、合成橡胶和聚酯需求，减少大量二氧化碳排放。据测算，2021年我国产生废塑料约6 200万吨，如果未来10年废旧塑料回收利用体系每年增加1 000万吨高水平回收处理能力，预计可减排二氧化碳约1 500万吨/年，并有效降低原油和石化产品对外依存度。

6）提前部署减碳前沿技术攻关，做好深度降碳技术储备

要充分发挥科技创新在推进“双碳”目标中的关键支撑领引作用，加快石化领域减碳前沿技术攻关。目前，我国石化工业开发成功的低碳/脱碳技术可确保2030年前实现碳达峰，但无法支撑2035年后深度脱碳和2060年前实现碳中和，需要提前部署一批石化领域减碳前沿技术项目，集中优势科技力量进行攻关，为实现碳中和做好技术储备。如，高效电解水制氢、有机液体储氢、超级储能、多种可再生能源耦合、燃煤锅炉电能替代、电加热乙烯裂解炉、电加热再沸器替代、电解水制氢耦合制取化学品、液态阳光甲醇、干热岩开发利用、低碳新反应过程等前沿技术[1]。

通过采取上述措施，预计2030年前我国石化工业可以实现碳达峰，其中炼油产业可在2025年左右实现碳达峰、乙烯和芳烃产业可在2030年前实现碳达峰。

2.2 碳排放平台期和下降期的路线图

我国石化工业实现碳达峰后，由于产业结构和能源结构调整等还需一定时间，碳达峰平台期可能有3～4年，在该阶段我国石化工业需要实施如下快速降碳路线图。

1）大力推进绿色低碳转型升级，推动产业发展与碳排放脱钩

为加快降碳速度，我国石化工业需要大力推进绿色低碳转型升级，实现产业发展与碳排放脱钩。一是要强化统筹石化节能、减排、降碳一体化管理，扎实推进化石能源洁净化、洁净能源规模化、生产过程低碳化、能源产品绿色化，持续助力石化产品供给端和消费端同步减碳降碳。二是开展节能技术改造，推广先进适用节能低碳新技术、新装备和新工艺，加强中低品位余热余压利用，提高能源利用效率。三是加强清洁生产技术改造，推广先进节水和减排技术，从源头促进“三废”减量化。四是推进石化生产全过程挥发性有机物污染治理，加大含盐、高氨氮等废水治理力度，提升废催化剂、废酸、废盐等危险废物利用处置能力，实现减污降碳协同治理。五是加快向数字化网络化智能化方向发展，推进石化智能工厂建设，推动石化产业提质增效升级，为石化产业实现绿色低碳化发展赋能。

2）推广电气化替代，减少化石能源消费

电气化是降低化石能源消费、实现绿色低碳转型的重要手段。据国网能源研究院预测，2050年我国工业部门电气化率将达52%。目前我国正在构建以新能源为主体的新型电力系统，未来我国新增用电需求主要由非化石能源发电满足，2030年非化石能源占一次能源消费比重将达到25%，2060年达到80%以上。届时，我国石化工业一方面可以逐步将企业自备电厂转向调峰储能电厂，有条件的可以建设新能源发电厂；另一方面可以大规模推广电加热炉、电锅炉、电驱设备等电气化替代，不断提升电气化水平，大幅减少化石能源消费，降低碳排放。

3）大力推广成熟的降碳/零碳/负碳技术，实现深度脱碳

2030年以后，降碳/零碳/负碳技术将趋于成熟，我国石化工业可以逐步大规模应用原油直接裂解制乙烯、合成气一步法制烯烃、智能连续化微反应制备化工产品、高效电解水制氢、有机液体储氢、超级储能、多种可再生能源耦合、燃煤锅炉电能替代、电加热乙烯裂解炉、电加热再沸器替代、电解水制氢耦合制取化学品、液态阳光甲醇等零碳技术以及CCUS和生物质能结合碳捕集与封存（BECCS）等负碳技术，实现深度降碳、脱碳，为最终实现净零碳排放奠定较好基础。

4）大力推进多种新能源耦合，减少碳排放

2030年以后，我国石化工业能源供应体系将逐步形成以可再生能源/新能源发电或绿电、绿氢为主体，化石能源发电＋CCUS、核能发电、储能为保障的能源供应新模式。一是通过国家/区域电网直接使用绿电，绿电直接进入企业二级电网进行消纳，不断加大绿电使用比例。二是发展氢能，提升绿氢供给和利用规模，实现灰氢、蓝氢向绿氢转变，逐步推进以“绿电＋绿氢”为主要能源的绿氢炼化发展。三是利用高温气冷堆产生的电、高低温蒸汽直供炼化装置使用，替代炼化企业动力中心，有效推动石化生产过程实现净零碳排放。5）推进资源高效利用，构建循环经济产业链构建循环经济产业链，不仅可减少资源浪费，而且可减少资源全生命周期中所隐含的碳排放。一是大规模推广废塑料、废轮胎、废聚酯瓶等废旧石化产品“减量化、无害化、资源化”利用，进一步提升炼化油泥渣、废剂、废油脂等固体废物绿色循环水平。据能源转型委员会预测，2050年我国塑料需求中52%可由回收再利用的二次塑料提供，将大幅减少碳排放量。二是加强炼厂干气、液化气、化工副产物等副产品的高效综合利用，大力推进普通污水回用、含油污水全部适度回用、含盐污水深度处理后回用。三是进一步提高大型石化基地内企业间原料互供率，实现基地内产业链和产品链上下游协同，实现一体化、清洁化、智能化发展，打造具有世界一流水平的大型循环经济协同发展石化基地，提高资源利用率。

通过采取上述措施，预计2050年左右我国石化工业碳排放量比峰值下降75%左右，但仍有近25%的二氧化碳需要进一步深度减排。

2.3 全面碳中和期的路线图

到2050年以后，我国石化工业可能仍将使用少部分化石能源，仍有一部分直接碳排放；同时，催化剂烧焦、环氧乙烷装置尾气等也将有一部分过程碳排放。对于这部分不得不排放和难以脱除的二氧化碳，还需要采取进一步深度脱碳措施，解决碳中和“最后一公里”问题，确保最终全面实现净零碳排放目标。具体的碳中和路线图如下。

1）全面推进绿氢炼化，实现与能源相关碳排放趋零

在碳中和推进过程中，随着绿氢生产技术进步和规模化应用带来的成本下降，绿氢将发挥关键作用，同时绿电电气化替代也将成为石化工业实现碳中和的重要路径。预计2060年前新能源供应将安全可靠，绿电、绿氢、储能等相关技术实现规模化应用，乙烯电裂解炉等颠覆性技术开始大规模推广。石化工业在实现节能减排、绿色低碳发展的同时，用氢以绿电电解水制取的绿氢为主，用能以绿电和绿氢为主，利用绿氢和绿电协同耦合重构以化石能源为主的炼化工艺流程，改造提升炼化生产装置，重塑炼化产业链、产品链、服务链和价值链，生产更多绿色低碳石化产品，推动石化工业实现净零碳排放。

2）全面推广应用CCUS/BECCS技术，实现二氧化碳资源化利用

预计2060年前，CCUS/BECCS技术的能耗和成本将大幅下降，可大规模应用。一是在汇源匹配地区，利用吸收、吸附、膜分离、低温分馏、富氧燃烧等方式，将石化工业不同排放源的二氧化碳进行分离和富集，将捕集的二氧化碳运送到油田用于驱油或注入深部地质储层进行封存。二是推广应用二氧化碳制甲醇、二氧化碳制碳酸二甲酯、二氧化碳和甲烷重整制合成气、二氧化碳制可降解塑料等化学利用技术，将二氧化碳变为宝贵的原料资源。三是推广应用二氧化碳矿化利用技术，深化应用CCUS与生物利用结合的BECCS技术，减少碳排放。

3）以植树造林实现林业碳汇，推动实现碳中和

推进绿氢炼化和实施CCUS/BECCS应用后，仍会有很少一部分二氧化碳不能中和，可以采用林业碳汇等解决。据相关资料表明，林木每生长1立方米蓄积量，大约可吸收1.83吨二氧化碳，释放1.62吨氧气。林业碳汇是最简单、最直接的碳中和方案。我国石化工业需要认真分析难以脱除的二氧化碳量，做好谋划布局和摸底盘查，识别可重点开发的林业碳汇项目，植树造林，形成碳汇，取得碳收益，以市场化的生态补偿机制反哺林业，最终实现二氧化碳净零排放。

通过采取上述这些措施，预计我国石化工业可在2060年前实现碳中和。

3 结语

党的二十大报告指出，实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。我国石化工业贯彻落实党的二十大精神，实现“双碳”目标任务艰巨、挑战巨大，必须充分认识其复杂性、长期性和艰巨性，既不能贪功冒进、急于求成、搞运动式减碳，也不能踟蹰不前、错失良机、消极对待既定目标，而是应以目标为导向，按照碳达峰期、达峰平台期和下降期、全面碳中和期等不同阶段，坚持先立后破、循序渐进，积极稳妥、经济可行制定碳减排路线图。

碳达峰期主要采取科学合理调控炼化产能、加大节能降碳改造力度、逐步减少高碳能源使用、采用先进绿色工艺技术、加强废旧石化产品回收利用、提高能源利用效率等措施，降低能源消费强度和碳排放强度，推动石化工业尽早实现碳达峰、尽可能低峰值达峰。达峰平台期和下降期要在碳达峰期采取措施的基础上，大力推进绿色低碳转型升级，推广电气化替代、成熟的零碳/负碳技术，推进多种新能源耦合、资源高效综合利用，推动石化工业快速降低碳排放，为实现碳中和奠定坚实基础。全面碳中和期要通过全面推进绿氢炼化、推广应用CCUS/BECCS技术、以植树造林实现林业碳汇等措施，进一步深度脱碳，确保最终全面实现净零碳排放，助力全国“双碳”目标实现。