碳約束世界中的石油煉制：全球煉廠碳定價的影響

碳約束世界中的石油煉制：全球煉廠碳定價的影響整理推薦：中國化工學會烴資源評價加工與利用專委會怪資源評價加工與利用01研究背景與意義02煉廠模型開發(fā)與校準03碳定價對煉廠的影響04碳定價對交通運輸政策的影響05研究結論與展望石油燃料生命周期碳排放包括原油開采、煉制到最終在車輛中使用(即井口到車輪)的全過程。其中，車輛使用階段的燃燒排放占總生命周期溫室氣體排放的約80%,而煉廠排放占石油燃料井口到油箱(WtT)溫室氣體排放的一半以上。不同的煉廠排放分配方法會導致不同的結果，因此需要更準確的估算方法來為政策制定提供依據。截至2023年，碳定價機制在全球范圍內得到了進一步推廣和實施。根據世界銀行的《2023年碳定價現(xiàn)狀與趨勢》報告，目前全球已有超過70個國家和30多個國家司法轄區(qū)實施了碳排放定價工具(包括碳稅和碳排放交易體系),覆蓋全球約23%的年溫室氣體排放量。這一進展表明，碳定價作為一種重要的減排工具，正在被越來越多的國家和地區(qū)采納。此外，碳定價領導聯(lián)盟的成員數(shù)量也顯著增加，包括更多國家和企業(yè)參與其中，共同推動全球碳定價機制的完善和擴展。碳定價政策通過將溫室氣體排放的外部成本從社會整體轉移到排放責任方，激勵減排。然而，全球尚未形成統(tǒng)一的碳定價體系，給企業(yè)和投資者帶來不確定性。因此，需要更深入的研究來評估碳定價對不同行業(yè)的，特公業(yè)的影烴資源評價加工與利用本研究旨在通過開發(fā)和校準區(qū)域整合的煉廠線性規(guī)劃中東、亞洲(不包括中國)和中國等6個主要地理區(qū)域。區(qū)域整合煉廠模型構建●模型構建方法本研究開發(fā)的區(qū)域整合煉廠線性規(guī)劃(LP)模型j將中國單列的主要原因是。中國因市場龐大且對全球石油工業(yè)日益重要而單獨建模，而非洲因煉油能力僅占全球不到5%未被納入。模型將各區(qū)域內所有煉廠的裝置能力進行整合，形成一個單一的區(qū)域煉廠LP模型，代表該區(qū)域的整個煉油系統(tǒng)。這種整合方法意味著區(qū)域內煉廠間可以共享中間過程物流，且不考慮額外運輸成本。雖然這可能與當前商業(yè)現(xiàn)實不符，但鑒于各區(qū)域內煉廠數(shù)量眾多，這種簡化是必要的。通過將區(qū)域模型校準至2014年實際生產數(shù)據，可部分抵消過度優(yōu)化帶來的不準確，確保研究結論的可靠性?！駭?shù)據來源與校準模型數(shù)據來源于IHS“能源數(shù)據庫，并與美國能源信息署(EIA)數(shù)據進行交叉驗證。IHS數(shù)據庫涵蓋全球煉廠的詳細信息，包括裝置能力、原油生產與進口情況以及2014年實際煉制產品產量。模型校準通過調整反應器產率、物流質量(特別是催化裂化、加氫裂化、焦化和減粘裂化裝置)、裝置利用率、產品規(guī)格(尤其是汽油的蒸汽壓和柴油的閃點)以及原油分析數(shù)據，使模型結果與2014年區(qū)域實際生產數(shù)據的誤差控制在0.5%以內?！駸拸S復雜性與效率區(qū)域整合煉廠的差異主要體現(xiàn)在配置復雜性、加工原油類型和產品結構上，這些因素直接影響煉廠效率和溫室氣體排放。煉廠配置復雜性通過復雜性指數(shù)來衡量，指數(shù)越高，煉廠將原油重質部分轉化為高價值輕質產品的能力和滿足嚴格燃料質量規(guī)格的能力越強。輕質原油(API重度高)含有更多可直接加工成高價值產品的理想成分，且隨著對低硫燃料需求增加，高硫(酸性)原油加工成本上升。煉廠需在滿足所有操作約束條件下，選擇最低成本的生產計劃。LP模型已成為煉廠優(yōu)化操作的必備工具，以滿足市場需求并實現(xiàn)利潤最大化。怪資源評價加碳定價情景設計碳定價情景設計1本研究評估了從0到500美元/噸CO?的廣泛碳定價范圍，以反映全球不同國家和地區(qū)當前的碳定價實踐。研究設計了兩種情景來評估碳定價的影響。第一種是"2014估算“情景，模型被約束以滿足2014年對精煉產品的需求，從而評估在碳約束世界中，煉廠如何優(yōu)化2014年的生產。評估在有碳排放成本的環(huán)境下，煉廠的最優(yōu)產品結構。2在*2014估算“情景下，煉廠在滿足固定產品需求的同時，將碳排放成本納入優(yōu)化策略。研究發(fā)現(xiàn)，如果煉廠被迫至少滿足2014年區(qū)域對石油產品的需求量，那么對CO?定價不會對煉廠的生產、效率或排放產生影響。這表明在當前石油市場需求結構下，煉廠已經以最高效的方式運營，碳定價只會降低煉廠的盈利能力，而對CO?排放幾乎沒有影響。排放。研究發(fā)現(xiàn)，隨著碳定價的增加，煉廠會調整產品結構，增加汽油產量而減少柴油產量，盡管汽油的碳強度高于柴油。這種調整是由于降低柴油產量可以減少對氫氣的需求，進而降低氫氣生產裝置的天然氣消耗和CO?排放。因此，在碳定價環(huán)境下，煉廠通過減少柴油產量來實現(xiàn)CO?排放的快速降低。煉廠碳排放分布煉廠碳排放分布總排放量的48%、28%、13%和11%。 石油產品碳強度均水平高出約14%。存在差異，平均效率范圍在92.2%到全球煉廠平均效率目前約為94%,但步下降。碳定價對煉廠生產與排放的影響碳定價對煉廠生產的影響在*2014估算"情景下，碳定價對煉廠生產沒有影響，因為煉廠已經以最高效的方式滿足市場需求。在·優(yōu)化"情景下，隨著碳定價的增加，煉廠會調整產品結構，減少柴油產量，增加汽油產量。這種調整主要是由于降低柴油產量可以減少對氫氣的需求，進而降低氫氣生產裝置的天然氣消耗和CO?排放。研究發(fā)現(xiàn)，當碳定價達到約150美元/噸時，煉廠的能源效率得到恢復，而CO?排放繼續(xù)隨著碳定價的增加而下降。碳定價對煉廠排放的影響在“2014-估算情景下，碳定價對煉廠的CO?排放沒有影響。在“優(yōu)化“情景下，隨著碳定價的增加，煉廠的CO?排放顯著下降。在碳定價為0至100美元/噸時，CO?排放的減少主要是通過優(yōu)化煉廠生產比例實現(xiàn)的；而在碳定價超過100美元/噸時，煉廠總產量顯著下降，導致CO?排放大幅減少。研究還發(fā)現(xiàn)，煉廠的CO?排放對柴油產量的變化更為敏感，而不是汽油產量的變化。因此，在碳定價環(huán)境下，減少柴油產量是煉廠降低CO?排放的最有效途徑。碳定價對煉廠效率的影響碳定價對煉廠效率的影響在“2014-估算“情景下，碳定價對煉廠效率沒有影響，因為煉廠已經以最高效的方式運營。時得到恢復。這是因為減少柴油產量可以降低對氫氣的需求，進而減少氫氣生產裝碳定價對不同煉廠的影響研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的煉廠對碳定價的響應存在差異。在碳定價較低時，煉廠主要通過調整生產比例來些復雜性較低的煉廠可能無法盈利，從而選擇降低產量或停止生產。這表明碳定價政策需要考慮煉廠的復雜性和地區(qū)差異，以避免對煉廠行業(yè)造成過大的沖擊。置的天然氣消耗和CO?排放，從而提高煉廠的能源效率。碳定價對交通運輸政策的影響碳定價對交通運輸燃料選擇的影響研究發(fā)現(xiàn)，碳定價可能會誘導煉廠減少柴油產量，增加汽油產量，這與汽油的碳強度高于柴油的事實相悖。這種調整可能會導致交通運輸部門的燃料偏好從柴油轉向汽油，從而降低交通運輸部門的能源效率。例如，如果煉廠在碳定價環(huán)境下減少柴油產量，可能會導致市場上柴油供應減少，價格上漲，而汽油供應相對增加，價格相對穩(wěn)定。這可能會使消費者更傾向于選擇汽油發(fā)動機汽車，而不是柴油發(fā)動機汽車，從而影響交通運輸部門的能源效率和溫室氣體排放。研究還發(fā)現(xiàn)，如果煉廠在碳定價環(huán)境下減少柴油產量，可能會導致交通運輸部門的能源效率下降。因為柴油發(fā)動機的熱效率通常高于汽油發(fā)動機，如果交通運輸部門更多地使用汽油發(fā)動機汽車，可能會導致能源消耗增加和溫室氣體排放增加。例如，假設汽油和柴油汽車的平均油耗分別為每加侖24.8英里和29.8英里，研究發(fā)現(xiàn)，如果煉廠在碳定價環(huán)境下減少柴油產量，可能會導致交通運輸部門的綜合油耗增加，從而增加溫室氣體排放。因此，碳定價政策需要考慮交通運輸部門的能源效率和溫室氣體排放，以避免對交通運輸部門造成不利影響。碳定價與燃料發(fā)動機一體化發(fā)展碳定價與燃料發(fā)動機一體化的重要性研究強調，碳定價政策需要將燃料和發(fā)動機視為一個整體，以實現(xiàn)系統(tǒng)層面的溫室氣體減排。如果僅僅關注煉廠的碳排放，而忽視交通運輸部門的能源效率和溫室氣體排放，可能會導致溫室氣體排放從煉廠轉移到交通運輸部門。例如，如果煉廠在碳定價環(huán)境下減少柴油產量，可能會導致交通運輸部門更多地使用汽油發(fā)動機汽車，從而增加溫室氣體排放。因此，碳定價政策需要考慮燃料和發(fā)動機的協(xié)同優(yōu)化，以實現(xiàn)系統(tǒng)層面的溫室氣體減排。碳定價與新型發(fā)動機技術的發(fā)展研究還指出，碳定價政策可以促進新型發(fā)動機技術的發(fā)展，如汽油壓燃(GCI)發(fā)動機。GCI發(fā)動機結合了汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機的優(yōu)點，具有較高的熱效率和較低的溫室氣體排放。例如，GCI發(fā)動機采用高壓縮比，通過消除進氣節(jié)流來降低泵送損失，并通過稀薄混合氣提高比熱容比，從而提高熱效率。研究表明，GCI發(fā)動機可以實現(xiàn)與柴油發(fā)動機相當?shù)臒嵝?，同時具有較低的溫室氣體排放。因此，碳定價政策可以促進GCI發(fā)動機等新型發(fā)動機技術的發(fā)展和應用，以實現(xiàn)交通運輸部門的可持續(xù)發(fā)展。烴資源評價加工與利用碳定價與政策協(xié)調碳定價與政策協(xié)調研究強調，碳定價政策需要與其他政策進行協(xié)調，以實現(xiàn)系統(tǒng)層面的溫室氣體減排。如果碳定價政策與其他政策不協(xié)調，可能會導致溫室氣體排放從一個部門轉移到另一個部門，從而降低政策的整體效果。例如，如果碳定價政策僅僅關注煉廠的碳排放，而忽視交通運輸部門的能源效率和溫室氣體排放，可能會導致溫室氣體排放從煉廠轉移到交通運輸部門。因此，碳定價政策需要與其他政策進行協(xié)調，以實現(xiàn)系統(tǒng)層面的溫室氣體減排。研究建議，政策制定者需要加強與燃料和汽車制造商的協(xié)調，以促進燃料和發(fā)動機的協(xié)同優(yōu)化。政策制定者可以通過制定政策，鼓勵燃料和汽車制造商共同開發(fā)具有汽油特性的燃料和具有柴油熱效率的發(fā)動機，以實現(xiàn)交通運輸部門的可持續(xù)發(fā)展。例如，政策制定者可以制定政策，鼓勵燃料和汽車制造商共同開發(fā)GCI發(fā)動機等新型發(fā)動機技術，以實現(xiàn)交通運輸部門的可持續(xù)發(fā)展。此外，政策制定者還可以制定政策，鼓勵燃料和汽車制造商共同開發(fā)其他新型發(fā)動機技術，以實現(xiàn)交通運輸部門的可持續(xù)研究結論與展望研究結論研究得出兩個與政策相關的結論。首先，煉廠作為競爭性商業(yè)實體，會努力在滿足市場需求的同時，以最低成本提高運營效率，實現(xiàn)利潤最大化。在當前煉廠配置和石油需求結構下，煉廠已經以最高效的方式運營(效率約為94%)。短期內，碳定價只會侵蝕煉廠的盈利能力，而不會顯著提高效率或減少排放。從中長期來看，碳定價可以推動技術部署，提高效率，減少CO?排放，但這需要煉廠進行新的、通常是成本較高的資本投資，或者改變石油市場的供需格局。其次，政策制定和技術發(fā)展需要將燃料和發(fā)動機視為一個整體。如果不能將燃料和發(fā)動機作為一個整體來考慮，可能會導致價值鏈內的排放泄漏，因為這種解決方案并非最優(yōu)。研究呼吁政策制定者促進燃料和汽車制造商之間的更好協(xié)調與交流，以確保系統(tǒng)的整體優(yōu)化。初步研究結果表明，共同開發(fā)具有汽油特性的燃料和具有柴油效率的發(fā)動機將帶來益處，因此強調了推進新型發(fā)動機概念(如GCI)研究的必研究展望研究展望本研究存在一些局限性。首先，將一個區(qū)域內的多個煉廠整合為一個大型復雜煉廠，雖然簡化了研究，但也導致了過度優(yōu)化的煉廠解決方案。這意味著在現(xiàn)實中，煉廠的效率可能略低，CO?排放可能略高，碳定價的影響可能比本研究呈現(xiàn)的更為顯著。其次，本研究假設了2014年精煉石油產品的固定價格，這可能導致煉廠盈利能力下