雙碳目標(biāo)下煉化行業(yè)綠色發(fā)展策略

多能融合推動(dòng)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型路徑探索展路徑研究，石油煉制與化工，2024,55(1):135-144公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加工與利用煉化多能融建思路構(gòu)建煉化新型動(dòng)熱力系統(tǒng)構(gòu)建煉化新型氫氣系統(tǒng)構(gòu)建煉化新型構(gòu)建煉化新型氫氣系統(tǒng)多能融合技術(shù)路線的應(yīng)用分析碳排放和效益評(píng)估結(jié)束語(yǔ)/煉化多能融合路徑的構(gòu)建思路C/ESC/中國(guó)化工學(xué)會(huì)C/ESC/通過將電、熱、氫等能源載體深度融入煉化生產(chǎn)過程，有序漸進(jìn)式推進(jìn)化石能源替代，逐步提高新能源在煉化用能結(jié)構(gòu)中的消耗比例，為煉化工業(yè)提供安全穩(wěn)定、清潔低碳的動(dòng)力和熱能。以碳、氫、氧等物質(zhì)載體形式參與煉化生產(chǎn)過程，通過構(gòu)建新型氫氣系統(tǒng)和新型生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，高效支撐煉化流程再造，使化石能源充分回歸其資源屬性，生產(chǎn)更多高附加值的石化產(chǎn)品。新型動(dòng)熱力系統(tǒng)、新型氫氣系統(tǒng)和新型生產(chǎn)工藝系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展、相互作用，共同支撐多能融合的煉化工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能量和物質(zhì)的相互傳遞。石油煤炭天然氣生物質(zhì)太陽(yáng)能風(fēng)能核能(電、熱、氫)CIESC//N\用CIESC//N綠電熱冷能儲(chǔ)能儲(chǔ)能儲(chǔ)能熱(冷)電氣化替代電氣化替代公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加工與利用建立柔性電力系統(tǒng)推動(dòng)電氣化替代建立柔性電力系統(tǒng)推動(dòng)電氣化替代開發(fā)低成本儲(chǔ)能技術(shù)通過供電側(cè)智能調(diào)度和源網(wǎng)荷儲(chǔ)能源管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源波動(dòng)性和不確定性的適應(yīng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。利用重力儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等低成本技術(shù)，提高能源利用效率，為新能源的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支持。逐步用綠電替代燃料和蒸汽，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)能源的清潔、高效利用，推動(dòng)煉化工業(yè)的綠色發(fā)展。構(gòu)建新型動(dòng)熱力系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向以電、熱(冷)、蒸汽等能源載體為核心的供能模式，增強(qiáng)系統(tǒng)柔性和耦合新能源的能力，實(shí)現(xiàn)用能結(jié)構(gòu)的低碳化。分階段實(shí)施電氣化替代根據(jù)不同工藝環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，逐步推進(jìn)電氣化改造，如采用電阻加熱感應(yīng)加熱等方式替換傳統(tǒng)燃料加熱方式。技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用開發(fā)適用于高溫工業(yè)爐的無相變介質(zhì)加熱技術(shù)和高效長(zhǎng)壽命耐高溫絕緣材料，探索低成本規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。能量集成策略梯級(jí)利用原理副產(chǎn)燃料的分類分級(jí)利用能量集成策略通過一體化規(guī)劃煉化企業(yè)的動(dòng)熱力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠熱能(冷能)的高效轉(zhuǎn)換和利用，減少能源浪費(fèi)，提升整體能效。梯級(jí)利用根據(jù)不同溫度等級(jí)的能量需求，將高品位能源逐步降級(jí)使用，最大化能源利用效率，如高溫蒸汽用于發(fā)電，低溫蒸汽用于加熱或制冷。對(duì)于煉化過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)燃料如干氣、燃料油等，通過分類分級(jí)利用提高其能源價(jià)值，進(jìn)一步推動(dòng)能源的高效利用和成本降低。CIESCN/NKCIESCN/NK光伏發(fā)電公用電網(wǎng)氧氣干燥氫氣氫氣儲(chǔ)氫設(shè)施輸氫設(shè)施儲(chǔ)氫設(shè)施富氧燃燒富氧燃燒裝置副產(chǎn)氫氣裝置副產(chǎn)氫氣副產(chǎn)氫氣提純高純氫管網(wǎng)煤鍋爐煤氣化煤鍋爐煤氣化硫磺回收渣油加氫其他工藝裝置加氫裂化石腦油規(guī)加公石腦油規(guī)加公號(hào)其他炫贊源評(píng)價(jià)加工與利用加氫精制利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，通過電解水制氫。這種方式依賴于風(fēng)光資源的不穩(wěn)定性，但通過儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平衡電力供應(yīng)，降低氫氣成本。通過生物質(zhì)熱解、氣化或發(fā)酵等技術(shù)生產(chǎn)氫氣。生物質(zhì)資源豐富且可再生，但需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝以提高氫氣產(chǎn)率和降低成本。結(jié)合天然氣重整與二氧化碳捕集利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低碳制氫。這種方式可以利用現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，并通過碳捕集減少碳排放。■中尺度預(yù)測(cè)出綠電制氫智能控制系統(tǒng)示意烴資源評(píng)價(jià)加工與利用氫氣梯級(jí)高效利用通過變壓吸附等工藝，煉化企業(yè)能夠有效通過變壓吸附等工藝，煉化企業(yè)能夠有效回收裝置外排廢氫和干氣中的氫氣，這一過程不僅提高了氫氣的利用效率，還顯著節(jié)約了全廠的氫耗。根據(jù)不同用戶對(duì)氫氣純度的需求，合理設(shè)置氫氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)氫氣資源的梯級(jí)利用。這種策略有助于降低生產(chǎn)成本，同時(shí)滿足各種工業(yè)過程對(duì)氫氣純度的不同要求。為加氫裂化裝置供應(yīng)高純度氫氣可以顯著提高氫分壓，從而優(yōu)化反應(yīng)條件，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這是氫氣梯級(jí)高效利用中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加工與利用綠氧耦合利用綠氧不加壓不純化利用綠氧不加壓不純化利用主要應(yīng)用于催化裂化富氧再生、煙氣循環(huán)再生等領(lǐng)域，通過提高氧氣濃度來增強(qiáng)反應(yīng)效率和產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。綠氧加壓及純化利用在煤制氣化爐、醋酸乙烯原料生產(chǎn)等過程中，綠氧加壓及純化利用能夠顯著提升燃燒效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是推動(dòng)化工行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路徑。綠氧耦合燒焦過程優(yōu)化通過實(shí)施綠氧富氧再生技術(shù)，在不改變現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)的前提下，可以有效提升裝置加工能力，增加聚合級(jí)乙烯和丙烯的產(chǎn)量，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。CIESC/XNCIESC/XN風(fēng)能太陽(yáng)能核能等電解水風(fēng)能太陽(yáng)能核能等電解水綠油品油品高端煤高端材料天然氣材料新材料合成氣畏里制烯燒、上與利用法烯經(jīng)與利用新型生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的構(gòu)建通過綠氫綠電和生物質(zhì)等綠色能源的耦合利用，再造煉化生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)短流程、低能耗、低碳排的生產(chǎn)目標(biāo)，同時(shí)增產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)品。中國(guó)石化開發(fā)的雙功能耦合催化劑體系，實(shí)現(xiàn)了合成氣短流程一步法生產(chǎn)低碳烯烴，已在中石化揚(yáng)子石油化工有限公司進(jìn)行中型試驗(yàn)，提高資源綜合利用率。原油直接裂解技術(shù)該技術(shù)一步將原油轉(zhuǎn)化為烯烴芳烴，具有流程短、低碳烯烴收率高的優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展到商業(yè)示范階段，顯著提升生產(chǎn)效率和資源利用率。 清潔能源的融合利用生物質(zhì)資源高效轉(zhuǎn)化低值資源高質(zhì)化利用煉化工業(yè)通過整合風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源，不僅優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，還顯著降低了碳排放，推動(dòng)了行業(yè)向低碳化轉(zhuǎn)型的步伐。利用先進(jìn)的催化裂解技術(shù)，煉化工業(yè)將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品，如針狀石油焦和包覆碳材料，提高了資源的利用效率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過工藝創(chuàng)新，煉化工業(yè)成功將催化裂化油漿等劣質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了資源的最大化利用，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。工藝集成創(chuàng)新通過開發(fā)“多頭一尾”的一體化分離新工藝，如原油蒸汽裂解耦合催化裂解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的高效轉(zhuǎn)化利用，顯著提升資源利用率和產(chǎn)品收率。結(jié)合煤化工過程的甲醇資源與石腦油裂解技術(shù)，推動(dòng)油煤化一體化深度融合發(fā)展，有效促進(jìn)不同類型資源的高效轉(zhuǎn)化利用，拓寬原料來源。開發(fā)節(jié)氫型工藝和變革性替代工藝，依靠催化劑進(jìn)步或工藝優(yōu)化，減少氫氣消耗，大幅度降低氫耗或?qū)崿F(xiàn)無氫消耗，推動(dòng)生產(chǎn)過程向低碳排方向發(fā)展多能融合技術(shù)路線的應(yīng)用分析CIESC/N\CIESC/N新型生產(chǎn)工藝系統(tǒng)采用漸進(jìn)式油轉(zhuǎn)化、油轉(zhuǎn)特技術(shù)路線原油直接裂解技術(shù)通過一步轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將原油直接轉(zhuǎn)化為烯烴和芳烴，該技術(shù)已發(fā)展到商業(yè)示范階段，顯著提高了資源生物質(zhì)資源融合利用技術(shù)旨在開發(fā)生物質(zhì)制生物基燃料、化學(xué)品和材料，促進(jìn)生物質(zhì)資源的高效利用，推動(dòng)綠色低碳轉(zhuǎn)型。渣油漿態(tài)床加氫裂化技術(shù)專門拔頭油1號(hào)常減壓蒸通1號(hào)常減壓蒸通2號(hào)常減壓蒸通柴油柴油乙烯裝置乙烯裝置芳烴抽提→芳烴抽提→芳經(jīng)干氣提濃富乙烯氣干氣提濃高硫原油高硫原油1號(hào)氣體分離催化裂解催化裂解2號(hào)催化裂化3號(hào)催化裂化重整汽油等烷基化烷基化新建裝置新建裝置改足裝置暫你縮裝置綠氫是通過電解水等可再生能源方式產(chǎn)生的氫氣，這種方式不僅能夠減少對(duì)化石燃料的依賴，還能有效降低碳排放，是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)的重要途徑?；覛涞沫h(huán)境影響灰氫是通過化石燃料如天然氣、煤炭等轉(zhuǎn)化而來，伴隨較高的碳排放。這種制氫方式對(duì)環(huán)境造成較大壓力，不符合當(dāng)前全球減排的趨勢(shì)和要求。節(jié)氫型新工藝通過優(yōu)化氫氣的生產(chǎn)和使用過程，提高了氫氣的利用效率，減少了能源消耗和排放。這種工藝有助于推動(dòng)煉化行業(yè)的綠色低碳發(fā)展，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。耗氫噴氣燃料加氫潤(rùn)滑油加氫高壓加氫中壓加氫裂化重整預(yù)加氫重整2.90.50.56.4重整及低分氣提純氫化工氫3.89.11號(hào)/2號(hào)制氫45.8再電氣化等措施供能柔性靈活多元化逐步電氣化替代開發(fā)應(yīng)用低成本儲(chǔ)能技術(shù)新型動(dòng)熱力系統(tǒng)通過打破傳統(tǒng)以化石能源為主的供能思路，增強(qiáng)新能源消納能力，建立智能電力調(diào)度系統(tǒng)和源網(wǎng)荷儲(chǔ)能源管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電力供給與消費(fèi)在時(shí)間上的靈活解耦與耦合。推進(jìn)燃料加熱設(shè)備的電氣化替代，如對(duì)流室工藝介質(zhì)的加熱、蒸汽驅(qū)動(dòng)設(shè)備替代等，以及伴溫維系統(tǒng)的電氣化改造，減少蒸汽和燃料消耗，提高能源利用效率。包括重力儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能等，以平衡新能源發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，推動(dòng)煉化行業(yè)向更加綠色、低碳、高效的方向發(fā)展。設(shè)備名稱電氣化后增加高壓加氫的循環(huán)氫壓縮機(jī)3號(hào)催化裂化的低壓凝汽汽輪機(jī)凝汽中壓加氫的低壓凝結(jié)機(jī)組凝汽合計(jì)新型動(dòng)熱力系統(tǒng)采用綠電替代及局部再電氣化等措施煉油區(qū)部分加熱爐電氣化改造設(shè)備名稱電氣化前消耗標(biāo)準(zhǔn)電氣化后消耗標(biāo)準(zhǔn)電氣化后增加電氣化方案常壓爐綠電加熱部分對(duì)流段介質(zhì)或者加熱空氣減壓爐綠電加熱部分對(duì)流段介質(zhì)或者加熱空氣2號(hào)連續(xù)重整預(yù)加氫進(jìn)料加熱爐電阻輻射型加熱爐蒸發(fā)塔重沸爐電阻輻射型加熱爐四合一爐綠電加熱空氣反應(yīng)進(jìn)料加熱爐合計(jì)CIESC/NCIESC/N煉油行業(yè)通過引入新型生產(chǎn)工藝、氫氣系統(tǒng)和動(dòng)熱力系統(tǒng)，能夠降低碳排放。在天然氣制氫的情況下，采用“渣油加氫+催化裂解”工藝后，碳排放量會(huì)有所增加，主要是由于新裝置生焦量較大。但如果使用綠氫替代天然氣制氫，碳排放量可以降低，單位原油的碳排放強(qiáng)度也會(huì)下降。進(jìn)一步結(jié)合綠電替代和電氣化改造，經(jīng)濟(jì)效益方面，綠氫替代天然氣制氫初期會(huì)導(dǎo)致煉油轉(zhuǎn)型方案效益下降。但當(dāng)綠氫價(jià)格降低或碳稅增加時(shí)，內(nèi)部收益率可以提高到10%以上。盡管綠氫替代能有效降低碳排放，但成本較高，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有影響。因此，需要開發(fā)低成本綠氫技術(shù)，并爭(zhēng)取\在“雙碳”目標(biāo)的背景下，煉化工業(yè)面臨著綠色低碳發(fā)展的迫切需求，同時(shí)也承擔(dān)著高效消納新能源和推動(dòng)國(guó)家能源轉(zhuǎn)型的重要任務(wù)。這一轉(zhuǎn)型不僅關(guān)乎環(huán)境的可持續(xù)性，也是能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煉化工業(yè)通過整合風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、核能和LNG冷能等清潔低碳能源，提升了新能源的應(yīng)用比例，促進(jìn)了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)變。這種多能融合策略有助于減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，同時(shí)推動(dòng)能源的多元化和清在原料使用上，煉化工業(yè)開始融合傳統(tǒng)化石原料與生物質(zhì)等新能源原料，重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程。這一轉(zhuǎn)型旨在實(shí)現(xiàn)更豐富的原料來源、更低的化石能源消耗和更少的污染物排放，同時(shí)高端化學(xué)品和化工新材料等高附加值產(chǎn)品。_多能融合發(fā)展