天然气与石油NaturalGasandOilISSN1006-5539,CN51-1183/TE《天然气与石油》网络首发论文题目：“双碳”背景下石油化工城市的发展路径——以山东省东营市为例作者：林名桢，代晓东，李洪言，李雷，张昕，刘飞，董燕收稿日期：2021-10-10网络首发日期：2021-11-08引用格式：林名桢，代晓东，李洪言，李雷，张昕，刘飞，董燕．“双碳”背景下石油化工城市的发展路径——以山东省东营市为例[J/OL]．天然气与石油.https://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1183.TE.20211108.1117.002.html网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN2096-4188，CN11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。收稿日期：2021-10-10基金项目：2019年山东省高等学校“青创科技计划”项目（2019KJA024）作者简介：林名桢（1981-），女，山东胶州人，高级工程师，博士，主要从事油气集输及处理技术、CO2回收及处理技术方面研究。E-mail：linmz1221@126.com通信作者：代晓东（1980-），男，辽宁瓦房店人，教授，博士，主要从事油气储运和炼油方面的研究。E-mail：xiaodongdai1980@163.com“双碳”背景下石油化工城市的发展路径——以山东省东营市为例林名桢代晓东李洪言李雷张昕刘飞董燕山东石油化工学院油气工程学院，山东东营257061摘要：随着中国“碳达峰”“碳中和”重大战略目标的提出，加快石油化工城市的低碳转型发展势在必行，这对于石油化工城市而言既是重要机遇也是极大挑战。以典型的石油化工城市东营市为例，分别对区位特色及产业概况、城市实现“双碳”目标的可行性、碳减排的主要途径和主要途径的关键技术及存在问题进行了分析。经分析认为，东营市以其丰富的自然资源及良好的新旧动能转换基础等特点在实现“双碳”目标的过程中存在较大优势，而碳捕集、利用与封存(CCUS)技术则是石油化工城市进行碳减排的高效之路。分析结果可为该类石油化工城市的发展提供理论依据和政策建议。关键词：碳达峰；碳中和；石油化工城市；发展路径；关键技术Thedevelopmentpathofpetrochemicalcitiesunderthebackgroundof“peakcarbondioxideemissions”and“carbonneutrality”—takingDongyingCity,ShandongProvinceasanexampleLINMingzhen,DAIXiaodong,LIHongyan,LILei,ZHANGXin,LIUFei,DONGYanCollegeofOilandGasEngineering,ShandongInstituteofPetroleumandChemicalTechnology,Dongying,Shandong,257061,ChinaAbstract：AfterChinaannouncedhermajorstrategicgoalsof“peakcarbondioxideemissions”and“carbonneutrality”,citiesdominatedbypetrochemicalindustryhavetoacceleratetheir网络首发时间：2021-11-0815:41:47网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1183.TE.20211108.1117.002.htmllow-carbontransformationanddevelopment.Thisisnotonlyabigchallengebutalsoanimportantopportunitytothesecities.ThispapertookDongyingCity,atypicalpetrochemicalcityinShandongProvinceasanexample,andanalyzedthefollowingproblemsincludinglocationcharacteristicsandindustryprofile;thefeasibilityofthecitytoachievethe"dualcarbon"goal;themainwaysofcarbonemissionreduction;andthekeytechnologiesandexistingproblemsofthemainways.AnanalysisoftheresearchresultshowsthatDongyingCity,withitsrichnaturalresourcesandgoodfoundationfornewandoldkineticenergyconversion,hasgreatadvantagesinachievingthedualgoalsof“peakcarbondioxideemissions”and“carbonneutrality”,whileCCUStechnologyisanefficientwayforpetrochemicalcitiestoreduceCO2emission.Thisresearchresultcouldprovidetheoreticalbasisandpolicyrecommendationsforthedevelopmentofsuchtypeofpetrochemicalcities.Keyword：Peakcarbondioxideemissions；Carbonneutrality；Petrochemicalcity；Developmentpath；Keytechnology0前言石油化工产业是以石油、天然气为原料，生产石油产品、基本有机化工原料等的能源产业。以石油化工产业为主的城市常被称为石油化工城市。这类城市虽然在国家和地区的发展过程中做出了不可磨灭的贡献，但普遍存在城市污染严重等问题。在2020年9月召开的第七十五届联合国大会上，中国首次明确，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。随着这一重大战略目标的提出，低碳转型发展对石油化工城市提出了极大的挑战。基于此，本文以山东省东营市为例，对“双碳”背景下石油化工城市的发展路径进行了详细探讨，以期对该类城市的转型发展提供理论依据和政策建议。1东营市区位特色及产业概况1.1区位特色及总体产业布局东营市位于山东省东北部，是黄河三角洲的中心城市。城市区位资源优势突出，自然资源丰富。近年来，东营市抢抓山东省新旧动能转换、黄河流域生态保护和高质量发展等重大机遇，在传统石油工业发展的基础上，确定构建了“5+2+2”产业体系（即以石化、橡胶、石油装备、有色金属、新材料五大优势产业，以现代高效农业、文化旅游两大特色产业以及以生物医药、航空航天两大未来产业为主导产业的产业体系。）[1]。2020年全市生产总值达2981.19亿元。1.2石油产业概况东营市是中国第二大石油工业基地胜利油田崛起之地。截至2021年，油田共发现油气区块81个，探明石油地质储量55.87×108t，累计为国家贡献原油12.5×108t，为国家“稳定东部、发展西部”石油战略做出了重要贡献[2]。胜利油田历年石油产量见图1[3]。19701980199020002010202005001000150020002500300035004000石油产量/104t年份图1胜利油田石油产量变化趋势图Fig.1VarietytrendofoilproductionforShengliOilfield虽然近30年来，胜利油田一直保持着稳产在2300×104t以上的良好记录，但目前面临剩余存储量减少，勘探开发难度增大及常规开发方式难以满足采油需求等问题。故自2008年起，油田就开始进行了CO2驱油的先导性试验探索。目前油田已累计注入CO242×104t，累计增油10×104t，为CO2大规模驱油和封存的实施奠定了基础。1.3炼化产业概况及年产CO2分析随着胜利油田的快速发展，东营市炼化产业也不断发展壮大[4]，如今其产能达到7000×104t，已占据全国炼化产业产能的十分之一。对炼化产业而言，可通过综合能耗估算其CO2排放量。据统计[5]，石化行业平均炼油综合能耗为2491MJ/t，1kg标准油的低位热值为42.62MJ/kg，经计算可得出单位炼油能耗为58.45kg标准油。而原油中的碳组分含量为83%~87%，按90%的碳转换为CO2，可得出消耗1kg原油约产生2.81kgCO2。而东营市7000×104t产能产生CO2的量约为1150×104t。炼化企业甲醇制氢过程中排放的CO2纯度较高，不需经过复杂的分离提纯就可直接作为炼油企业的原料投入使用。通过走访调研发现，目前有部分企业建有甲醇制氢装置[6]。据统计，这些企业产氢量为10.7×104m3/h，据式（1）可得出产生CO2为3.57×104m3/h（56.1×104t/a）。H2O+CH3OH=CO2+3H2（1）1.4城市总体碳排放量形式分析东营市是以重化工为主体的工业化城市[7]，碳排放具有总量大、人均高、效率低的特点。据统计数据显示，全市CO2排放总量接近6000×104t，单位GDP排放量高达1.7t/万元。2东营市实现“双碳”目标的可行性分析减少CO2的排放，目前主要有4种途径：1）提高能源的利用率；2）利用清洁能源、新能源等来替代化石能源；3）生态碳封存技术；4）碳捕集、利用与封存（CarbonCapture，UtilizationandStorage,CCUS）技术。虽然东营市在碳减排方面压力较大，但通过对东营市本身条件分析，发现其在实现“双碳”目标的过程中存在较大优势。2.1可再生能源资源丰富东营市热水资源、潮汐能、太阳能、风能等自然资源丰富，其中区域内热能储量[8]折合标准煤20.09×108t。2.2生态碳封存技术前景广阔东营市拥有未开发利用土地面积30.12×108m2，湿地面积45.81×108m2，森林面积3.65×108m2，还包括滩涂等众多自然资产。2.3新旧动能转换基础良好东营市通过构建“5+2+2”现代产业体系，使制造业迈向中高端，石化产业实现由炼油型向化工型转型，现代农业快速发展，现代服务业迈出新步伐。2.4CCUS技术商业化探索初具成效东营市有关企业开展CCUS的相关商业化探索已有10余年，并取得一定成效。目前东营市港城热力公司10×104t/a碳捕集项目、胜利电厂50×104t/a碳捕集项目、石化总厂36×104t/a碳捕集项目等正在顺利开展，并已与齐鲁石化启动建设中国首个100×104t/a的CCUS项目。3东营市碳减排主要途径3.1优化调整能源结构，构建清洁低碳安全高效的能源体系3.1.1推进煤炭高效清洁利用针对用煤大户的火电行业，持续实施深度治理措施，推进燃煤机组超低排放改造[8]。所有200MW以下机组全部实施改造，分批逐步淘汰25MW及以下的燃煤锅炉。3.1.2推进高碳能源逐步过渡为低碳能源扎实推进煤炭减量替代工作，大力发展工业余热供暖，适度提高清洁能源在产业生产中的消费量。3.1.3大力发展可再生能源1）合理推进地热能利用。加快推进地热能资源详查，加强地热能产学研用协同攻关，形成资源高效开发与循环利用的集成技术模式。2）稳步发展生物质发电。开发区域固体废弃物资源化处置技术，推进农林生物质热电联产项目，加快生活垃圾焚烧发电项目建设。3）建设风、光、电多能互补工程。实施源网荷储一体化和多能互补项目，在确保生态环境的前提下，发展风电和分布式光伏发电。4）加快推进氢能产业布局。3.1.4优化城市电网，构建新型电力系统合理改造城市电网，优化电网能源结构分布，推动智能电网、智能用电终端协同发展，稳步提高供电可靠性，降低线路损耗，节省输电走廊。3.2实施重点行业减污降碳行动3.2.1推进产业绿色升级1）做好石化、橡胶轮胎等传统产业绿色转型，促进技术改造，推进产能整合转移。2）加快布局新一代信息技术、新材料、新能源、生物医药等战略性新兴产业[8]。3.2.2推动建筑行业低碳发展1）提升新建建筑能效。新建民用建筑100%执行建筑节能标准，因地制宜发展超低能耗建筑。2）实施既有建筑绿色改造。在城镇老旧小区改造领域开展建筑节能专项改造。3）推广绿色建材。开发应用品质优良、节能环保、功能良好的新型建筑材料。3.2.3积极推广CCUS技术，探索绿色发展新路径在试验示范、初步商业化的基础上，不断完善CCUS技术，扩大应用，形成产业优势。3.3提升生态碳汇能力1）大力推进国土绿化行动。重点建设沿黄生态廊道、沿海防护林带等，深入推进国土绿化行动，持续发挥森林碳汇效益。2）统筹推进生态保护修复。实施湿地生态修复与保护工程，发挥综合固碳能力。3）积极推进特色碳汇。发挥滨海滩涂、盐碱地等特有资源的优势，充分释放滨海湿地、盐碱地等未利用土地的碳汇潜力。3.4积极倡导绿色消费1）积极促进绿色消费服务业。扩大特色旅游产业，提高服务业绿色发展水平，集中推进自然体验等精品项目[8]。2）加速发展绿色交通物流业。加快调整优化运输结构，打造绿色高效的“公转铁”“散改集”物流模式；加快数字物流基础设施建设；大力推广低能耗绿色运输工具，完善公共交通体系[8]。4碳减排主要途径的关键技术及存在问题碳减排途径的顺利实施与其本身的关键技术及存在问题密切相关。因此对各种碳减排途径的关键技术进行了详细分析。4.1提高能源的利用率通过提高能源利用率来减少CO2排放虽然是目前成本最低的减碳路线，也是最应该优先做的，但只要仍然使用化石能源，仅依靠能效的提高难以从实际上解决“碳中和”问题。4.2新能源的利用风能、太阳能等新能源虽已发展了近40年，也取得了较大成绩，但这类自然能源无法提供稳定供电，受目前电网技术只能容纳15%非稳定电源的限制，这类能源无法在短时间内完全取代化石能源[9]。另外氢能的研究虽已成为热点[10-12]，但由于氢气的能量密度较小、容易泄漏以及爆炸范围较宽等特点，在一定程度上限制了它的发展和应用。4.3生态碳封存技术虽然生态碳封存需要的成本较低，也具有一定的经济和社会效益，但这种吸收CO2的方式是较为缓慢的生物反应过程，同时陆地生态系统所占比例有限，因此生态碳封存技术仅能作为一种辅助手段，难以从根本上解决“碳中和”问题。4.4CCUS技术CCUS技术可以将CO2资源化，更具现实操作性。在众多CCUS技术中，CO2加氢制甲醇技术[13]和CO2驱油技术产业化应用前景广阔。4.4.1CO2加氢制甲醇技术甲醇是应用广泛的化工原料，除了可直接用作燃料，还是一种重要的安全储氢方式，此外甲醇在交通领域的应用也可减少部分CO2的排放。李灿院士课题组[14]一直致力于液态阳光甲醇的研究，即利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化和电解水获得氢气，再通过CO2加氢制甲醇等燃料以及烯烃、芳烃等化学品，从而实现可再生能源和CO2的资源化利用，具体技术路线见图2。据了解，目前利用可再生能源还原CO2制甲醇（液态阳光甲醇）已经成功完成规模化工程示范项目，且成本已逐步接近市场水平，完全具备了向工业界应用推广的条件。但对于东营而言，关于利用可再生能源还原CO2制甲醇的相关研究还比较缺乏，项目实施还需科研人员的进一步努力。图2以太阳能为代表的液态太阳燃料技术路线图Fig.2Technicalrouteofliquidsolarfuelrepresentedbysolarenergy4.4.2CO2驱油技术CO2驱油是一种把CO2注入油层中以提高油田采收率的技术。下面对其流程的关键技术及存在问题进行详细分析。4.4.2.1CO2捕集方法CO2捕集方法主要包括化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温分馏法、水合物法[15-17]。各方法具体介绍见表1。表1CO2捕集方法对比表Tab.1ComparisonofCO2capturemethods捕集方法优点缺点适用范围应用情况化学吸收法工艺成熟，应用广泛，CO2产品纯度高设备占地面积大，投资高，能耗高，溶液腐蚀性强CO2含量在3%～20%国内已建示范装置多采用该工艺物理吸收法吸收容量大，吸收剂用量少吸收剂选择性差，分离效率低，运行成本过高—国内无现场应用变压吸附法原料适应性广，无设备腐蚀和环境污染，能耗低吸附解吸频繁，自动化程度要求高CO2含量在20%～80%吉林油田、胜利油田均有装置低温分馏法流程简单，投资小需要低温操作，分离效果较差CO2含量超过60%胜利油田、草舍油田均有装置膜分离法装置紧凑，占地少，操作简单，具有较大发展前景膜材料对CO2的分离效率低，且难以得到高纯度的CO2CO2含量超过75%长庆油田、吉林油田均有装置水合物法节能，环保，高效耗能高、运行成本高—处于理论研究阶段目前应用较为广泛的是化学吸收法和低温分馏法，化学吸收法存在的主要问题是投资成本和系统能耗较高[18]，同时存在低能耗的吸收剂种类较少和新型低能耗吸收剂开发难度大的问题。对于低温分馏法，CO2分离效率和冻堵现象的预防，都与其相平衡特性有关。目前关于CO2相平衡的研究虽取得了一系列的成果[19-20]，但理论研究较多，实验数据较少，且与实际应用联系较少。此外目前国内虽已建成碳捕集示范工程近20座，但处理规模多以几万吨级或10万吨级为主。同时碳捕集装置的数字化、智能化程度不高。故大规模处理装置工艺包的研发、大型设备及大尺寸管道的开发及应用、装置的数字化及智能化设计等技术对碳捕集装置的工业化推广和应用也意义重大。4.4.2.2CO2输送技术CO2输送是其驱油过程的重要环节。受各种因素限制，中国CO2运输主要以槽车等小规模运输方式为主。经研究及国外实践证明，大规模、长距离的CO2输送应首选管道输送[21-22]。虽有不少学者在该方面进行了大量研究[21-23]，但仍存在以下不足：1）大多研究偏向于理论性和理想化，缺少与各种实际工况的结合；2）研究多采用纯CO2作为实验介质，与实际输送过程中的CO2混合气体差别较大。4.4.2.3CO2增压及注入技术目前CO2驱油流程中需在加注站对CO2增压。相平衡的控制、设备的腐蚀和冻堵的预防是CO2增压注入过程的研究重点。4.4.2.4CO2驱采出物集输及处理技术CO2驱采出物需被输送至处理站场进行油、气、水分离。在该过程中存在的问题及研究重点为：1）采出物气液比较大，CO2含量较高，易形成水合物，造成管道冻堵[24]；2）采出液的油水乳化程度更稳定，普通破乳剂分水效果较差，油中含水指标难以满足要求；3）采出油的流变特性更为复杂；4）CO2影响油水分离效果，常规处理净化效果差，采出水中油等颗粒物难以达到回注标准，且导致污水整体呈酸性，处理设备及沿程输送系统腐蚀加剧。因此研究采出流体中CO2水合物的形成条件和采出油的流变特性，开发适合CO2驱采出液的破乳剂和适合CO2驱采出水的处理技术，明确CO2驱采出物的腐蚀规律、机理及相应的防腐措施[25]，对CO2驱油技术的推广和应用具有重要意义。5结论随着中国“碳达峰”“碳中和”重大战略目标的提出，加快低碳城市的建设对石油化工城市又提出了一个极大的挑战。分别对城市特色及产业概况、城市实现“双碳”目标的可行性、碳减排的主要途径和主要途径的关键技术及存在问题进行了分析，认为CCUS是东营市这类典型石油化工城市进行CO2减排的一条必行的高效之路。而要保证CCUS的顺利开展，针对其关键技术中存在的不足，重点攻关，逐步完善成熟各种关键技术才是重中之重。参考文献：[1]刘冬辉.东营市为什么要构建“5+2+2”产业体系[EB/OL].(2020-05-26)[2021-10-06].http://dongying.dzwww.com/dyxw/202005/t20200526_5894910.htm.LIUDonghui.WhyshouldDongyingbuilda"5+2+2"industrialsystem[EB/OL].(2020-05-26)[2021-10-06].http://dongying.dzwww.com/dyxw/202005/t20200526_5894910.htm.[2]栗建昌，吴书光，张武岳，等.解锁12亿吨的“胜利”密码——写在胜利油田发现60周年之际[EB/OL].(2021-04-17)[2021-10-06].https://news.china.com/zw/news/13000776/20210417/39487677.html.LIJianchang,WUShuguang,ZHANGWuyue,etal.Unlockthe"victory"passwordof1.2billiontons:Writtenonthe60thanniversaryofthediscoveryofShenglioilfield[EB/OL].(2021-04-17)[2021-10-06].https://news.china.com/zw/news/13000776/20210417/39487677.html.[3]山东省统计局，国家统计局山东调查总队.山东统计年鉴2019[M].北京：中国统计出版社，2019.ShandongProvincialBureauofStatistics,SurveyOfficeoftheNationalBureauofStatisticsinShandong.Shandongstatisticalyearbook2019[M].Beijing:ChinaStatisticsPress,2019.[4]代晓东，刘青山，宋壮志，等.东营市地方炼油企业原油物流分析及发展研究[J].中国石油大学胜利学院学报，2016,30(4):83-86.DAIXiaodong,LIUQingshan,SONGZhuangzhi,etal.ResearchoncrudeoillogisticsanalysisanddevelopmentoflocaloilrefiningenterprisesinDongyingCity[J].JournalofShengliCollegeChinaUniversityofPetroleum,2016,30(4):83-86.[5]戴慧慧.安庆石化炼油综合能耗简析[J].安徽化工,2019,45(2):103-105.DAIHuihui.BriefanalysisofcomprehensiveenergyconsumptionofAnqingPetrochemicalRefinery[J].AnhuiChemicalIndustry,2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