石化行业低碳发展思考与实践中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP中石化石油化工科学研究院有限公司慕旭宏ContentsØ“双碳”目标对石化行业提出的新要求Ø石化行业碳排放现状分析Ø石科院对实现“双碳”目标的思考与实践目录中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会首次提出我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，12月在气候雄心峰会进一步宣布提升国家自主贡献的一系列新举措。印发《2030年前碳达峰行动方案》提出构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、提升生态系统碳汇能力等五个方面主要目标。发布《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》重点实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动、循环经济助力降碳行动、绿色低碳科技创新行动、碳汇能力巩固提升行动、绿色低碳全民行动等“碳达峰十大行动”。随着温室气体浓度的不断增加，气候变化已成为21世纪全人类共同面对的严峻挑战之一。对此，全球各国纷纷采取气候变化应对行动、制定碳减排目标，“碳达峰、碳中和”已逐渐成为全球议题。“2060”碳中和已经成为国家各领域发展目标3中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP“双碳”1+N政策体系之“1”——《意见》Ø2021年10月24日《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确了我国做好碳达峰、碳中和工作的重要意见“双碳”目标石化行业新要求4中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP国务院《2030年前碳达峰行动方案》到2025年单位国内生产总值（GDP）能源消耗比2020年下降13.5%，单位GDP二氧化碳排放比2020年下降18%的目标。优化产能规模和布局，加大落后产能淘汰力度，有效化解结构性过剩矛盾严格项目准入，合理安排建设时序，严控新增炼油生产能力引导企业转变用能方式，鼓励以电力、天然气等替代煤炭调整原料结构，拓展富氢原料进口来源，推动石化化工原料轻质化优化产品结构，促进石化化工与煤炭开采、冶金、建材、化纤等产业协同发展，加强炼厂干气、液化气等副产气体高效利用鼓励企业节能升级改造，推动能量梯级利用、物料循环利用到2025年，国内原油一次加工能力控制在10亿吨以内，主要产品产能利用率提升至80%以上“双碳”目标石化行业新要求5中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP来自国际的压力：欧盟碳边境调节机制碳关税碳边境调节税•碳边境调节机制（也称“碳边界调节机制”，CarbonBorderAdjustmentMechanism，CBAM）•在实施国内严格气候政策的基础上要求进口或出口高碳产品缴纳或退还相应的税费或碳配额•碳足迹是关键，包含了间接排放6中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP欧盟碳边境调节税覆盖的商品2023-2026年：申报人只进行碳足迹信息报告、不涉及资金义务。2027年之后：开始真金白银缴纳碳税，最终在2030年将所有属于EU-ETS范围内的产品都纳入CBAM的监管。石化产品出口面临碳税压力7中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP碳标签-低碳消费终将引领低碳生产目前，已有英国、美国、法国、德国及日本等十余个国家及地区建立了数十种“碳标签”认证制度，鼓励各公司自愿推出产品碳标签，引导消费者支持同类产品中的低碳产品。8ContentsØ“双碳”目标对石化行业提出的新要求Ø石化行业碳排放现状分析Ø石科院对实现“双碳”目标的思考与实践目录中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPØ我国碳排放总量大，2020年碳排放总量102亿吨，传统三大化石能源煤炭、石油和天然气的合计碳排放量分别占我国碳排放来源的71.11%、14.93%和5.83%。98.77%71.58%71.11%19.35%14.93%1.78%5.83%7.29%8.12%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1950年1960年1970年1980年1990年2000年2005年2010年2015年2019年1950年-2020年我国碳排放来源（单位：%）煤炭石油天然气其他78.581460102510.42000.44000.46000.48000.410000.412000.4195019601970198019902000201020201950-2020年中国碳排放量走势图（单位：百万吨）我国能源行业碳排放现状（生命周期）10中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP2030年前，石油、天然气消费年均增速为1%、4%，分别较目前下降4个百分点和8个百分点。控煤稳油气成为主旋律。2030年后，石油占能源结构比例开始快速下降，但化工品需求将大幅增加，这意味着从碳达峰至碳中和阶段，也是炼厂的快速转型发展期。：清华大学气候变化与可持续发展研究院《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》2030年前石油加工量仍将稳步上升，但行业碳排放将快速下降11中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP面向化工转型，石化企业碳排放压力巨大12ContentsØ“双碳”目标对石化行业提出的新要求Ø石化行业碳排放现状分析Ø石科院对实现“双碳”目标的思考与实践目录中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP-换热网路集成优化技术-蒸汽动力系统优化技术-低温余热高效利用技术-氢气资源高效利用技术-组分炼油技术（资源高效利用）-……能源资源高效利用-CO2制甲醇-CO2制航煤-CO2干重整-微藻技术-……负碳技术开发-石化行业“双碳”平台-标准研究与制定-碳足迹数据库建设-碳排放核算软件-碳足迹核算与管理软件-……平台与工具建设-原油催化裂解生产化工原料技术-低生焦催化裂化技术-低能耗柴油液相加氢技术-低碳强度生产化工原料加氢裂化技术-催化裂化高效汽提器-低能耗三苯抽提蒸馏工艺（SED-BTX）-……低碳技术开发-废塑料化学循环技术-生物质液体燃料-……循环经济技术-电解水制氢技术-金属储氢技术-……（近）零碳技术开发石科院对实现“双碳”目标的思考与实践14中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP两个碳资产管理系统VISPRO面向全厂碳排放及装置碳排放管理的系统。可实现碳流优化，降低生产过程碳排放，从碳履约角度发挥碳资产价值。VISCPRINT面向企业产品碳足迹管理的系统。可实现炼厂中间产品、终端产品的碳足迹管理，面向低碳产品认证发挥碳资产价值。15中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPØ使用门槛降低Ø建模效率提高Ø基于业务建模Ø强化碳排核算Ø适应模型支撑Ø功能配置灵活Ø部署方式先进VISPRO——面向全厂及装置层面碳排放核算16中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPVISPRO——面向全厂及装置层面碳排放核算包含企业所有装置碳排放量、排放构成、排放强度；对优化流程的碳排放数据可实现预测。17中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP炼厂碳排放量核算•碳排放核算：基于全厂或生产装置为对象，无法体现到产品碳足迹18中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP炼厂产品碳足迹核算•碳足迹核算：基于生产装置碳排放，以及分配原则及向下游传递19中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP碳流VIS-CPRINT——面向产品碳足迹的核算企业所有产品碳足迹一目了然，碳流方向清晰可见20中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP产品中间物料装置不同炼厂不同年份碳排放量碳排放量碳排放量碳排放量碳排放量碳排放强度碳排放强度碳排放强度碳足迹碳足迹数据库：Ø覆盖原油加工6亿吨Ø400+套装置Ø150+种中间物料Ø100+种最终产品Ø1600+碳排放数据支撑碳足迹对标管理先进值基准线制定碳足迹数据库正在建设石化行业碳足迹数据库21中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP碳资产管理技术服务2摸清家底，掌握月度及年度碳排放变化碳排放数据管理建立能源消费台账、月度数据监测及分析、证据收据与保存、产品碳足迹月度与年度核算节能降碳方案低碳政策与碳市场研究、降碳目标与实施方案22中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP2掌握碳资产盈亏，支撑交易及履约策略历史值法和基准线法的应对策略1.政府碳配额的核算校对2.基准线法发放配额的关键装置和应对策略3.碳资产余缺管理及变动预测23碳资产管理技术服务中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP2622规范碳排放数据管理，执行监测计划数据的规范性管理，避免出现不合规检验数据导致采用缺省值监测计划的制定与协助过程实施碳资产管理技术服务24中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP26整理上报数据，完成排放碳信息披露上报数据及原始证据文件的合法合规上报数据及原始证据文件的合理筛选基础数据表和补充数据表汇总国家排污许可上报及核查应对25碳资产管理技术服务中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP企业因调整流程或者产品结构导致的碳排放变化反映到产品碳足迹结果当中，指导低碳产品的生产石化行业生产过程复杂，将来可能建立以产品为基准的碳配额分配方式产品碳足迹未来将会以碳标签的形式广泛应用于产品供应链，企业可提前布局低碳产品认证26碳资产管理技术服务中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP节能降碳——机理+数据双驱动的节能优化技术p结合炼厂工艺装置，分析加工流程、装置工艺、公用工程系统配置和用能特点。p优化分配和综合利用能量介质，提升炼厂能量利用效率，助力碳中和战略进程。u基于石科院对工艺机理的深入认知，结合人工智能技术，构建换热网络集成优化技术、氢气资源高效利用技术、蒸汽动力系统诊断优化技术等节能减碳技术平台。27中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPn换热网络集成优化技术p换热网络在炼化企业能量回收利用中扮演着至关重要的的角色。随着碳中和目标的落地执行，炼化企业对绿色低碳发展、节能减碳的意识也逐步提高，而换热网络优化是炼化企业实现节能的重要举措，提高换热网络热效率，对炼厂节能降碳，提高经济效益，长期稳定运行及环境保护具有重要的意义。p采用夹点分析与数学规划相结合的算法，实现换热网络的严格模拟，对换热网络开展详细诊断与弹性分析，结合装置用能特点和限制条件，提出操作优化与改造优化建议，实现能量介质的优化分配和综合利用，提供经济效益更佳的节能增效方案，助力炼油工业节能减碳。p对于千万吨级常减压装置，通过换热网络集成优化可减少碳排放2~5万吨/年，能效提升1~3千克标油/吨，增效1500~3000万元/年。节能降碳——换热网络集成优化技术28中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPn换热网络集成优化技术p炼油装置换热器能效评估及诊断—改造优化优化成本（万元）优化策略新增板式换热器E5强化传热技术重新排序0.000.00优化手段53.642.79增加分流10.5010.50增加换热面积00总优化成本64.1413.29优化收益（万元）能耗节约利润207.68166.08CO2减排量0.25万吨/年0.20万吨/年碳交易收入19.7015.76总优化利润227.38166.27净利润163.24万元/年168.55万元/年回报周期0.28年0.08年ü通过敏感性分析及网络分析，可以得到优化换热器E5能得到最大的节能效果。ü方案一：新增板式换热器，将管壳式换热器E5替换成板式换热器ü方案二：将强化传热技术应用在换热器E5上节能降碳——换热网络集成优化技术29中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPn换热网络集成优化—H炼化优化成本(元）优化策略优化方案1优化方案2重新排序0525,000增加新换热器2,170,9106,452,005增加分流525,000315,000增加换热面积869,4002,918,440总优化成本2,820,11010,210,445优化后收益（元）能耗节约利润15,384,67023,556,708CO2减排量18,216t25,442t碳交易收入1,457,2802,035,360总优化利润16,841,95025,592,068净利润14,021,84015,381,623回报周期0.17yr0.39yr新增换热器43：ü冷热公用工程分别减少5942kW新增换热器43、44、45：ü冷热公用工程分别减少8299kW换热器传热量/kW换热器262110换热器273535换热器286332换热器294861换热器314440总跨夹点传热量21279节能降碳——换热网络集成优化技术30中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP节能降碳——换热网络集成优化技术焦化装置严格模拟换热网络严格模拟夹点分析+数学规划协同优化p针对S炼化延迟焦化装置，结合工艺机理模型、夹点分析技术和数学规划算法，对工艺部分和能量部分进行模拟优化;p优化后可节省加热炉负荷约600kW，提升换热终温约8.1℃，降低装置能耗1kgoe/t原料。31中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP制氢装置原料优化临氢装置节氢管理氢气资源回收利用氢气网络整合优化氢气资源高效利用技术——大幅降碳32中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPn氢气系统集成优化技术路线氢气资源高效利用技术——大幅降碳33中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPn氢气资源高效利用优化方案—Z炼化氢气系统诊断：l全厂氢气利用效率为78.8%；l吨油耗氢为15.54kgH2/t原油。①PSA流程优化；②氢气梯级利用；③含氢尾气资源返回重整再接触部分实现氢气回收；④VPSA解析气和轻烃回收净化干气；⑤优化PSA装置进料；⑥加氢装置的严格模拟与操作优化，避免过度加氢；⑦新型高氢燃料气燃烧器用于应急燃料气中氢气含量较高的问题；⑧轻烃回收塔顶气深度脱烃优化。针对Z石化开展氢气系统诊断与优化：l优化方案若能全部实施可提高全厂氢气利用率8%；l预计实现碳减排10.1万吨/年。氢气资源高效利用技术——大幅降碳34中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP低碳基因——炼厂总流程的重要性35中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPp内涵Ø石油组分分子水平精准识别Ø准确预测分子转化历程Ø高效精准指导石油加工p外延Ø石油分子组成与转化机理Ø分离、调和过程中不同分子的走向与分布Ø基于分子组成的催化材料、催化剂设计产品目标原油选择组分选择碳足迹计算石蜡基、中间基、环烷基燃料、三苯、三烯链烷烃、环烷烃、芳香烃实现石油分子定向转化，获得产品最优碳氢分布低碳基因的重要性——分子炼油（组分炼油）36中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPp仅按照馏分切割，有大量的分子在各工艺装置里跑龙套将付出超额的加工代价：Ø炼油过程多以大分子变小分子产品为目标，但芳烃在催化裂化装置中不会开环，在乙烯裂解装置中不会生成烯烃、更倾向于生焦。Ø部分加氢后的稠环芳烃去往催化裂化，容易经过氢转移反应重新成为稠环芳烃。Ø氢气会越来越贵。渣油加氢裂化等高耗氢工艺要仔细衡量是否付出了超额代价。Ø能耗高、碳排放量大。适宜的原料高质量的产品高效的反应通过分离技术选择出适宜反应的组分，提高单程转化效率和选择性，达到低成本生产目标产品获得更高的综合效益的目的。利用分离技术对产品进行分离，达到宜油则油、宜化则化、宜烯则烯、宜芳则芳的目的，提高炼化一体化炼厂总效益。根据目标产物，缩短反应路径、优化反应条件、提高催化剂选择性、降低操作成本。原料反应产品利用合适的技术分离出适宜装置加工的原料组分，以达到低成本高效益运营、炼化深度一体化的目的低碳基因的重要性——分子炼油（组分炼油）37中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP60$价格体系方案经济效益对比Ø通过组分分离技术可使催化裂解装置增产化工原料，产品产值提高Ø组分分离后，加氢效率增加，氢耗降低，吨油原料成本降低低碳基因的重要性——分子炼油（组分炼油）38中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP利用以分离技术为核心的组分炼油技术，不仅可以直接获取高价值化工产品，还可以为化工转型关键技术提供更为合适的原料，有利于提高石油组分的转化效率和转化选择性，有利于节省氢气资源和公用工程资源消耗，有利于减少全厂CO2排放量。经过组分分离后，催化裂解装置烧焦明显降低，组分分离方案总碳排放量降低44.57万吨/年。由于组分分离方案总碳排放量的降低以及产品产值的提高，万元产值碳排放降低0.26吨CO2/万元。44.57万吨0.26吨CO2/万元低碳基因的重要性——分子炼油（组分炼油）39中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP石科院全流程技术为石化行业流程再造提供了保障40中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPp石科院RPCC技术针对不同废塑料原料灵活选择不同的预处理技术路线，热解油收率大于80%。热解油进入石化企业可高效地转化为塑料单体或聚合物，实现了塑料的闭环循环，具有较强的碳减排竞争力和显著的循环经济效益。源头降碳——废塑料化学循环41中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPØ废塑料经RPCC热解等工艺得到废塑料油，废塑料油经加氢处理，后续采用裂解路线生产低碳烯烃，低碳烯烃聚合得到聚烯烃实现塑料的再生循环。Ø废塑料化学循环LCA生命周期包括：塑料回收环节、塑料化学循环加工生产环节、产品消费环节。LCA研究范围——废塑料化学循环LCA研究范围废塑料化学循环工艺：废塑料热解-预加氢-催化裂化生产油品过程源头降碳——废塑料化学循环42中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP废塑料化学循环原油加工聚烯烃碳强度,t/t~1.5~2.5聚烯烃碳强度相比原油降低-40%Ø与石油基塑料碳足迹相比，化学循环再生塑料碳足迹降低40%；Ø中国每年9000万吨新生塑料碳排放约1.8亿吨，如果按照20%的再生塑料计算，可减排二氧化碳1800万吨。源头降碳——废塑料化学循环43中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPp电解水制氢技术n当前，国内氢气的年消费量约为3000万吨，氢气主要来源于化石能源制氢，这种制氢方式会产生较大的碳排放。PEM电解水制氢是以水为原料，在可再生能源电力的驱动下将水转化为氢气和氧气，几乎不产生碳排放。nPEM电解水制氢采用具有良好化学稳定性、质子传导性和气体阻隔性的质子交换膜作为固体电解质，在电力驱动和阴阳极催化作用下将水分解为氢气和氧气，具有制氢效率高（>85%）、氢气纯度高(99.999%)、出氢压力高（>3MPa）、响应速度快（秒）、结构紧n如果其中10%用PEM电解水制氢替代，每年可实现碳减排3,500万吨。制氢单位产H2减碳量/t我国氢气产量占比/%煤制氢2065天然气制氢1015源头降碳——PEM电解水制氢44中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUPpCO2加氢制甲醇技术nCO2加氢制甲醇技术既可实现CO2资源化利用，又可将风能、太阳能制备的绿电转化为可储可运的化学能，是一种绿色低碳的储能技术，是实现碳中和的重要技术支撑。n石科院项目团队开展了相关催化剂和工艺研究：n与煤制甲醇相比，CO2和绿氢反应制甲醇可减排2吨CO2/吨甲醇。石科院CO2加氢制甲醇技术指标数值CO2单程转化率>15%甲醇选择性>85%有机相甲醇含量>99.5%设计工艺包加工量10万吨/年末端治理——CO2加氢制甲醇技术45中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP双碳目标下的技术经济性研究-为技术实施提供遵循•当碳税高于445元/吨时，CO2加氢（绿氢）制甲醇更有优势•如果不采用绿氢，CO2加氢制甲醇与煤制甲醇经济上不具备优势不同路线生产甲醇碳排放情况甲醇成本随碳税变化关系46中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP工信部石化行业双碳平台-为行业高质量低碳发展提供系统支撑两个平台一个数据库一套标准体系低碳技术服务l制定低碳技术评价方法；碳足迹核算软件与平台耦合应用；进行技术的低碳评价l建立石化行业低碳专家库、低碳技术推荐库，为行业提供高效的低碳技术来源支撑建设石化行业绿色低碳技术验证平台l筛选石化行业绿色低碳产品关键检测参数和判定指标，建立低碳产品评价方法l基于产品生命周期评估方法学，开展低碳产品生命周期碳强度评估建设绿色低碳产品检验检测与评价平台l完成主要石化原材料和燃料产品碳足迹数据库建设l建立典型炼厂加工环节中间产品碳足迹数据库建设建设石化产品碳足迹基础数据库l在现行标准、规范、技术、管理体系要求基础上，建设石化行业碳核算、低碳技术、低碳产品标准l组织国内外低碳标准交流会建设石化行业低碳标准与规范体系l为石化企业、园区碳排放并开展免费低碳诊断，提供绿色低碳技术服务或服务方案为石化企业提供低碳技术服务47中国石油化工集团有限公司SINOPECGROUP小结n石科院拥有完善的低碳研究体系：低碳技术开发、低碳产品开发、低碳标准建设、低碳性能评价（技术+产品）；n石科院拥有强大的低碳服务体系：碳排放与碳足迹核算、节能降碳服务、资源高效利用降碳、低碳炼厂规划、低碳技术经济、企业低碳发展路径；n石科院拥有强大的低碳支撑体系：工信部石化行业双碳平台、碳排放与碳足迹核算软件、碳足迹数据库；n石科院愿与社会各界一起努力，为实现“双碳”目标奉献石化力量！48谢谢！微信公众号：中国石化石科院