低碳转型下，炼油业路在何方？
日前，2023中国石油炼制科技大会在京召开。石油Link受邀参加这一炼油业最高规格大会，看国内顶级炼化专家共商低碳转型新形势下的炼油行业发展大计。
（来源：微信公众号“石油Link” 作者：石油Link）
疫情后首次线下线上同步进行的此次大会，以“低碳转型新形势下中国炼油行业的高质量发展”为主题，与会者围绕我国炼油行业“十四五”时期乃至2035年更长时期结构调整、低碳转型、绿色发展过程中面临的挑战和热点问题，聚焦重油加工、转型升级、绿色低碳及环保、智能化和信息化、原油资源高效加工利用技术等当前的行业热点与难点问题，进行交流分享，引发业界高度关注，代表了我国炼油工业在全球的权威声音。
01
炼油行业新理念、新思路、新方案
曹湘洪院士从战略角度对我国未来车用动力汽柴油标准发表自己思考成果。
中国工程院与美国国家工程院双院士曹湘洪作为我国炼油行业泰斗级人物，油品升级换代的负责人，以《我国未来车用动力汽柴油标准的若干思考》为题，就炼油行业新理念、新思路、新方案进行阐述，让我们看到了未来炼油业的希望。
他开篇道：成品油市场会逐步萎缩，未来我们的油品质量还要不要继续提升？怎么来提升？这是我们面临的一个现实问题，也是一个战略性问题。
他的观点是，结合国情，认真研究我国未来车用动力的演进趋势，针对会长期存在的内燃机动力，有序有度的实施“油转化”“油转特”，生产高效高清洁油品，既保数量，确保油品市场的供应，又保质量，推动陆上交通降碳减污，炼油行业责无旁贷，责任重大。
他认为，油电混合动力汽车具有降碳减污的优势，是我国推进碳达峰的现实可行和见效快的选择。
发展油电混合动力汽车没有基础设施建设的困扰，它自加油、不充电，消费者的使用习惯不需要任何改变。内燃机的排放也是随着效率的提高在不断地降低，因为油电混合动力汽车最主要的特征就是可以保证我们内燃机始终处在一个高效运行的状态，因为它在基础运行的时候，剩余的能量可以通过机械转换发电，最后变成电能储存起来。当需要的时候，电能和内燃机提供的动力可以同时驱动汽车。电动汽车在以煤电为主的现实当中，并没有减少二氧化碳的排放。油电混合动力，由于内燃机始终处于在高效运行上，节油效果比较明显，低可以在30%，高可以到50%，尤其是在城市工况运行大概是40%-50%。
关于新能源汽车发展中面临的挑战，他认为，电动汽车火灾增幅高于交通工具火灾平均值，低温下电动汽车充放电的容量显著缩小，行车里程短、充电频繁、时间加长。充电难、安全性以及低温环境的适用性是新能源汽车面临最大挑战。
同时，电动汽车大规模推广也会存在电池材料的资源危机。生产一辆电动汽车的电池需要的铜、锂、镍、钴、锰、镝、钕等资源约是生产一辆传统燃油汽车的5至6倍。到本世纪20年代中期，电池原料供应面临短缺，进而出现新的能源陷阱。电池退役规模高速增长，回收利用中的安全环境风险会持续上升。
燃料电池汽车正处于市场的导入期，大面积推广应用也存在着经济性和安全性的挑战。
关于我国炼油行业的责任，他认为，内燃机适用于各种场景：汽柴油能量密度高，易储运；内燃机功率强劲、使用方便灵活；行车过程中有碳和污染物排放，这是需要我们解决的问题。
世界上一些国家提出要停止销售内燃机燃油车，但并不意味着地面交通完全禁止使用内燃机动力，而是逐步淘汰传统意义上的燃油。
我国不能彻底禁用燃油车，应该是燃油、纯电动、插电车、油电混动、燃料电池汽车，发挥各自的优势，在实际当中得到应用，推进交通行业碳达峰碳减排。车辆动力油、电、氢不能互相排斥、零和博弈、你死我活。今后在相当长的时间里面应该是共存的局面，最后要根据情况的变化来决定某一个车发展的走向。
关于炼油业未来，他最后强调指出：炼油企业要努力增产高效高清洁汽油，支持车用内燃机实现降低碳排放和实现污染物净零排放；需要对我国高效高清洁汽柴油的主要质量标准提出具体建议；抓紧开展高效高清洁汽柴油标准的研究和实现汽柴油高效高清洁的生产技术研究。
02
本世纪中叶，石油基燃料仍然是交通运输的主体动力之一
石油炼制催化剂及工艺专家、中国工程院院士李大东在题为《我国炼油工业转型发展的技术策略》的报告中指出：全球石油资源量充足，但环境因素制约石油的使用；到本世纪中叶，石油基燃料仍然是交通运输的主体动力之一；未来炼厂的主要任务是生产清洁交通运输燃料、有机化工原料和高价值特种产品；炼油工业降低碳排放，任重道远。
我国燃油行业院士齐聚北京，堪为业界盛事。
他说，在本世纪初，我国提出到21世纪国内炼厂大体上有三种模式：清洁燃料型炼厂、油化结合型炼厂、化工型炼厂。2022年，我国已建成投产的炼化企业228家，原油一次加工能力9.2亿吨，开工负荷73.4%，产能过剩。
从国内石油产品来看，柴油2015年已经达到峰值，汽油在2025年左右达到峰值，而航煤会继续增长，化工氢油会继续增长。
他强调指出：从汽车工业来讲，为了提高内燃机效率，希望RON继续提高，所以继续提高RON，而烯烃、芳烃还要下降，因此要解决汽油的质量问题，氧含量放宽一些，可以增加乙醇的量；另一个很关键问题，需要要增加烷烃与C4的收率。
我国碳排放量2020年是102亿吨，传统的三大化石能源原料煤炭、石油和天然气，合计碳排放量占我国碳排放来源的71%、14.9%和5.8%，是未来双碳达标的重要领域。
减少炼油产业碳排放，需要关键技术，他提出以下思考：
生产清洁交通运输燃料核心在于关键技术，我国多年来一直在研究C4固体酸烷基化技术，近年来又开发了具有自主知识产权的ZCA-1烷基化技术，该工艺技术没有“三废”排放的问题，也没有腐蚀的问题，环境友好。
关于生物航煤的技术，从国际上来讲，生物航煤生产技术主要的路线是油脂加氢，国内开发的也是加氢的路线。2011年，中石化改造建成了亚洲第一套生物航煤生产装置，以棕榈油、餐饮废油为原料，生产出了合格的生物航煤。
从技术比较来看，我国精制油的质量收率同国外同类技术相近，都在84%左右，氢耗基本也相近。工业生产的生物航煤和餐饮废油生产的产品都达到燃料标准。
2022年，中石化10万吨/年生物航煤生产装置投产，获得欧盟《再生能源指令》认可项目，RSB颁发可持续认证证书，是生物航煤产品走出国门，规模化生产的通行证。
关于柴油超深度脱硫脱芳烃的RTS技术，我国开发的RTS工艺技术主要包括两部分，一部分是深度脱硫催化剂需要高活性、高稳定性，在此基础上研究了活性构建技术和活性稳定技术，开发了高活性、高稳定性的超深度脱硫催化剂，解决了脱硫和多环芳烃工艺条件不一致的矛盾。在此基础上，我们开发成功了低成本柴油超深度清洁化。
从炼厂来说，碳达峰、碳中和大体上可分为三个阶段：2025年资源优化，2030年碳达峰，2060年碳中和。2025年前阶段主要是要减排，首先是要能源资源的高效利用，降低碳排放。
在实现碳达峰、碳中和目标指引下，我国炼油工业要在大幅减少二氧化碳排放量的同时，深度炼化一体化，本领域的技术创新应围绕这一主题展开。
关于双碳目前的时间表，他表示：近中期交通运输仍以化石原料为主要动力，炼油工业肩负着提供清洁油品的重要任务；中远期，炼厂将从油化结合型向化工型转化，以生产基本有机原料和高价值特种产品为主。低成本、提高能效、低碳排放、低碳氢源和CCUS技术，是实现碳达峰、碳中和目标的主要途径。
03
炼油与化学工业实现双碳战略目标的
6个基本途径
长期从事新型催化材料和催化转化技术研究的中国科学院院士谢在库，在题为《炼油化工碳中和路径及前沿技术思考》的报告中指出：炼油与化学工业降低二氧化碳的排放，实现2030、2060的战略目标的基本途径分为6个方面：用能结构、产品结构、流程再造、原料结构、绿氢体系、CCUS。
首先是用能结构。氢要绿色，加氢装置要进一步地节能降耗。全国加氢装置数量是主力军，氢耗的数量总体上非常大，选择性催化是一个重要的选择。同时加强电气化，适度的电气化是必需的，现在的电气化率还没有达到20%，应该还有一定的空间，有利于推动我们碳中和的实现。
关于产品结构，重整的装置非常重要，加氢装置和催化裂化的装置和深度发展，全加氢发展，加氢、催化裂化，包括RTC，还有未来的TOC等。这两个主力装置，重整和一些其他的装置都要发挥重大作用，来实现产品结构的调整，满足市场的需要。
在流程再造上，未来的油转化在碳中和的大背景下，设计力量上要坚持乙烯制烯，以芳制芳，必须尊重原油本身的结构，否则不按照本身的结构来追求，来改变它的本身结构，消耗会增加。一定要坚持宜油则油、宜烯则烯、宜芳则芳，按照“一体化、集约化、大型化、高端化、清洁化”的思路设计加工流程，主要应用绿氢和绿电，增加CCUS装置，实现净零碳排放。努力降低碳排放，最终希望是总体的零排放。如果还是有问题，要靠CCUS来投递，所以要短流程、低氢耗、高电气化率、氢气多来源。
在原料结构上，我们必须要重视生物质的问题，不能只考虑原油和煤炭，因为它是负碳资源，生物质必须要加大力度。
在绿氢体系上，氢能体系的保障作用非常重大，涉及到关于怎么制备问题、储运问题、清洁实现问题。
最后是CCUS装置，实现净零碳排放。
要完成这6个方面的战略路径，为了实现碳中和，有若干个平台技术需要进一步去思考深化。我们必须要重视催化技术、分离技术、低碳能源、电气化、智能化、碳循环利用技术。
他最后强调，我国石油和化学品系统性的变革，应努力从当前以化石能源为主的状态发展到化石能源+可再生能源来满足我们需要。
04
油品清洁化、多产化工燃料、高值化利用，是我们重大需求
致力于重油高效转化、清洁油品生产、石油化工行业双碳战略及技术路径研究的中国科学院院士徐春明，在题为《石油分子化学表征与应用》的报告中指出：石油在未来相当一段时间仍然是我们作为交通燃料的主要来源，油品清洁化、多产化工燃料、高值化利用，是我们重大的需求。
他指出，关于石油分子工程，正因为我们的需求，使得从分子层面来表征石油变的非常热，从分子层次认识石油组成及转化规律，进行模拟和管理，实现高效精准的石油加工过程优化，创造更高的经济效益。
分子炼油就是从分子水平来认识石油加工过程、准确预测产品性质，优化工艺和加工流程，提升每个分子的价值，实现“宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油”，倡导分子水平来考虑这个过程，科学理念对石化水平的提高做了重大的贡献。
化学层面称“石油组学”，引用了材料、材料基因组，包括人类蛋白质等，是组学的理念，把相近的一些分子的组成结构在精细分析石油组成的基础上，来研究石油化学的组成及其物理化学性质和加工性能。
从企业来讲，工程学提的更多的是“分子管理”，其实这三个提法各有侧重，也互相支撑。石油组学是我们在表征层面或者在加工层面的一种炼油化工领域的实践，分子炼油是理念和技术途径，而分子管理是把从石油组学基础认识到分子炼油的理念贯穿一起，更加侧重于工程应用层面，但它不是单项技术，是很多技术的组合。
要真正实现分子管理、分子炼油、结构组学，首先应明白复杂体系里到底有多少个分子，这是我们的表征，仰仗最脚踏实地的分析方法。
我们对石油里面不同的烃类采取了预处理，选择了不同的电离方法，石油组分里面大部分的化石物实现了电离，为后续的质谱实现了手段。
最终的目标，我们想建立一个石油分子数据库，再把我们关注的所有分子的信息建到智库里。
分析并不是我们最终的目标，分析只是一个手段，只是我们得到第一手的基本信息，下一步我们更关注的是怎么把这些分子信息变换成我们可以用的一些重要的数据。第一步就是分子结构构建和对它物性的预测。需要把这么多复杂的分子信息，最后用我们可用的一些模型来预测它的主要性能。
模型构建好后，可以利用大数据计算机来做计算机上的反应，也就是现在所说的通过神经网络来构建复杂的反应网络体系。这是芳香环加氢饱和为环烷环的一个简单的反应，这个反应可以根据我们已有的知识来确定反应规则，有什么样的反应可能会发生，这样以后就可以通过计算机来生成反应网络，我们把反应规则制定好以后，这个过程会发生什么样的反应，比如说会饱和、会开环、断侧链，还可以再裂解，反应之后形成一个复杂的网络。
炼化主要的单元过程，从原油的全分子模型到蒸馏、到催化裂化、焦化、加氢，甚至产品的调和，都已经有独立的分子级的模型。这些模型可以为我们将来的技术、工艺各种选择提供指导。
常规炼油基本在左侧，我们通过分子管理的理念，可以发展到右侧，更多的生产我们的化学品和材料。在这个过程中，既需要这些基础的工作，也需要技术的研发。
建模过程中，已经有初步的模型，基于更加准确的分子性质的预测和核心模型，才能更满足我们复杂多变的需求。最终工程实现方面，理念怎么真的变成把每个分子用起来，还任重道远。因为对各个特种分子的分离，尽管现在已经有很多进展，但真正实现特种分子的分离、实现特种产品的利用，还需要做很多工作。
05
实现双碳目标，需要多种技术的组合
“绿色化工与工业催化”国家重点实验室主任、中国工程院院士杨为民题为《双碳背景下的石油化工催化技术》的报告中指出：实现双碳目标，需要多种技术的组合。新催化材料、新反应工程、新分离工程为代表的节能提效技术；三大合成材料循环利用技术、生物基化学品/材料合成技术、基于可再生能源的光/电催化技术为代表的资源能源结构调整；可再生能源低成本制氢、制取沥青的技术为代表的制氢技术；规模化普及和化工转化、低成本的普及醇化以及高效转化的技术为代表的二氧化碳。
他说，为了实现双碳目标，完成石化工业节能减排任务有三条路径：化石资源高效利用，原料绿色化，二氧化碳化工利用。
第一条路径是化石能源的高效利用。国内炼化产能过剩，已经超过了9亿吨，开工率不足；整个行业存在着“减油增化”转型发展的趋势，炼油副产资源的总量也在越来越大。特别是催化裂化、深度催化裂化DCC、DCC plus等，为了增加更多化学品的原料，对炼油中副产资源的高效利用是我们实现化石资源高效利用的一个重要途径。这些资源应该是宝贵的“减油增化”，特别是增加基本化学品的重要原料。对这些副产，通过高效催化技术是提高附加值“减油增化”的一个重要技术，开发高效催化技术可以实现石油资源的高效利用，实现过程的节能降耗。
第二条路径是原料绿色化。如果用生物质原料替代化石原料，不产生二氧化碳，它是负碳技术，对我们碳中和非常有利，全球生物质资源非常丰富，现存的有1.9万亿吨，每年新增的有1700亿吨，折算标准煤约850亿吨或油当量约600亿吨，约相当于我们当年一次能源供应总量的5倍。生物质原料有一个缺点，密度太低，收集难，为解决这些问题，美国、欧盟、中国都制定了生物质技术发展的路线图。
未来随着技术的进步，有可能采用生物质来替代化石资源，提高我们化学品以及油品的绿色化程度。
第三条路径是二氧化碳的化工利用。我国对二氧化碳化工利用，无论是学术界，还是产业界都非常重视，中石化布局了二氧化碳的化工利用，主要分为两个方面，二氧化碳催化加氢做大宗化学品，二氧化碳加氢制合成甲醇与乙醇。还有多功能催化剂，直接制合烯烃、芳烃燃料。未来用二氧化碳加氢，最主要的是要和绿氢绿电共同发展，最后看它的经济性，如果经济性过关，这是一个非常重要的减排二氧化碳的途径。第二个方面是非加氢路线。二氧化碳是一个低能物质，和高能物质发生反应，可以制造精细化学品，还原乙烷可以做到碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等等，这些经济化水平量不大，但是有市场需求，经济性较好。
