劉佩成

（中國石油化工集團(tuán)有限公司綜合管理部，北京 100728）

力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，也是我國對(duì)國際社會(huì)作出的莊嚴(yán)承諾。石化工業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、能源消耗多、二氧化碳排放較大。通過加快推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，我國石化工業(yè)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰難度不是很大，但是碳達(dá)峰以后，要利用30年時(shí)間即在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，任務(wù)艱巨、形勢(shì)緊迫，必須實(shí)施切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)有效的深度減碳路徑。綠氫煉化是石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要措施，將給傳統(tǒng)工藝流程和全廠用能方式帶來巨大變革，應(yīng)提前進(jìn)行研究和謀劃。

1 我國石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和任務(wù)艱巨

1.1 實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是黨中央作出的重大戰(zhàn)略部署

近年來，全球氣候變化對(duì)人類社會(huì)構(gòu)成重大威脅。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）認(rèn)為，若全球氣溫升溫控制在1.5℃以內(nèi)，則需要全球在2050年左右實(shí)現(xiàn)碳中和；若全球氣溫升溫控制在2℃以內(nèi)，則需要全球在2070年左右實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。這成為全球?qū)崿F(xiàn)碳中和目標(biāo)的時(shí)間點(diǎn)，所剩時(shí)間只有30～50年。據(jù)能源與氣候智庫（ECIU）統(tǒng)計(jì)，截至2021年10月，全球已經(jīng)有132個(gè)國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)。

應(yīng)對(duì)氣候變化是全人類的共同責(zé)任。十八大以來，黨和國家高度重視應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí)施積極應(yīng)對(duì)氣候變化國家戰(zhàn)略。2020年9月22日，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上宣布，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力量，采取更加有力的政策和措施，力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年10月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》（簡(jiǎn)稱“意見”）和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》（簡(jiǎn)稱“方案”）文件，提出了碳達(dá)峰、碳中和的主要目標(biāo)、實(shí)施重點(diǎn)和路徑，制定了時(shí)間表、路線圖。2021年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)提出，要堅(jiān)定不移推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，新增可再生能源和原料用能不納入能源消費(fèi)總量控制，創(chuàng)造條件盡早實(shí)現(xiàn)能耗“雙控”向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”轉(zhuǎn)變。2022年1月25日，習(xí)近平總書記在中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，要堅(jiān)決控制化石能源消費(fèi)，尤其是嚴(yán)格合理控制煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)，有序減量替代；要把促進(jìn)新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置，積極有序發(fā)展光能源、硅能源、氫能源、可再生能源。2022年3月23日，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021–2035）》（簡(jiǎn)稱“氫能規(guī)劃”），首次明確氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，確定可再生能源制氫是主要發(fā)展方向，到2025年可再生能源制氫成為新增氫能消費(fèi)的重要組成部分，到2030年形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，到2035年形成氫能產(chǎn)業(yè)體系，構(gòu)建涵蓋交通、儲(chǔ)能、工業(yè)等領(lǐng)域的多元化氫能應(yīng)用生態(tài)。這將對(duì)推動(dòng)我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)發(fā)揮重要作用。

從習(xí)近平總書記和黨中央的這些要求部署中可以看出，“十四五”及更長(zhǎng)一段時(shí)間，我國生態(tài)文明建設(shè)將進(jìn)入以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、降碳減污擴(kuò)綠增長(zhǎng)協(xié)同推進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，將加快推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，堅(jiān)定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展之路。

1.2 我國實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間更緊、任務(wù)更重

據(jù)2021年《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，美國碳排放量于2007年達(dá)到峰值58.8億噸，到2020年已降為44.6億噸，下降了24.1%；歐盟碳排放量于2006年達(dá)到峰值50.6億噸，到2020年已降為36.0億噸，下降28.9%[2]。這些發(fā)達(dá)國家已實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，二氧化碳排放呈下降趨勢(shì)，2050年甚至更早實(shí)現(xiàn)碳中和問題不大。而我國則不同，我國是世界人口最多的國家，仍處于現(xiàn)代化發(fā)展階段，整體處于工業(yè)化中后期，以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以改變，可再生能源消納及存儲(chǔ)障礙待解，傳統(tǒng)“三高一低”（高投入、高能耗、高污染、低效益）產(chǎn)業(yè)仍占較高比例，深度脫碳技術(shù)成本高且不夠成熟，碳排放量仍處于增長(zhǎng)階段。研究顯示[3]，2020年我國與能源相關(guān)的碳排放量為100億噸，約占全球的30%，比2005年增長(zhǎng)了近80%，是全球碳排放量最多的國家，碳排放量相當(dāng)于美國和歐盟合計(jì)的1.24倍，面臨巨大的碳減排壓力；預(yù)計(jì)2030年我國與能源相關(guān)的碳排放量將達(dá)到峰值約106億噸，之后逐步回落，2050年降至27億噸左右，2060年通過碳捕集、利用與封存（CCUS）等負(fù)碳技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)凈零碳排放。

由此可見，從現(xiàn)在起到2030年，還有不到10年時(shí)間，我國在比發(fā)達(dá)國家碳排放量多、尚未基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的情況下實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，極具挑戰(zhàn)性。困難再多，第一階段目標(biāo)必須按時(shí)完成，并且要盡可能提前完成、低峰值完成。碳達(dá)峰是碳中和前提，達(dá)峰時(shí)間越早、峰值越低，碳中和代價(jià)越小、效益越大。歐美國家從碳達(dá)峰到碳中和普遍有50～70年的過渡期，而我國從碳達(dá)峰到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的過渡期只有30年?？紤]到我國人口數(shù)量、發(fā)展速度、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和資源稟賦等情況，我國實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間更緊、任務(wù)更重，必須采取切實(shí)可行的深度減碳行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)革命。

1.3 我國石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和挑戰(zhàn)性更大、困難更多

石化工業(yè)是我國能源消耗和碳排放的主要領(lǐng)域之一，也是我國實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)之一。

我國石化工業(yè)的碳排放包括與能源相關(guān)排放（直接排放）、過程排放、凈購入的電力與熱力產(chǎn)生的排放（間接排放），主要集中在煉化產(chǎn)業(yè)。據(jù)測(cè)算[4]，2019年我國煉化產(chǎn)業(yè)碳排放量約為4.7億噸，約占全國碳排放總量的5%。其中，與能源相關(guān)的碳排放約占45%，過程排放約占32%（主要是化石能源制氫），間接排放約占23%?！半p碳”目標(biāo)下，我國石化工業(yè)仍存在許多問題：一是我國煉化產(chǎn)業(yè)總規(guī)模較大，煉油和部分大宗石化產(chǎn)品產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，能源消耗比較多；二是能源消費(fèi)以化石能源特別是煤炭為主，能效與國外先進(jìn)水平有差距，節(jié)能降碳難度較大；三是先進(jìn)產(chǎn)能不足，仍存在大量小煉油、小化工裝置，淘汰落后產(chǎn)能任重道遠(yuǎn)；四是高性能、高端產(chǎn)品供應(yīng)不足，綠色低碳產(chǎn)品占比不高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仍需大力調(diào)整；五是生產(chǎn)運(yùn)營對(duì)能源的安全穩(wěn)定性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求較高，新能源存在波動(dòng)性間歇性，電氣化替代化石能源難度較大，綠氫成本相對(duì)較高；六是油氣資源對(duì)外依存度較高，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)；七是廢舊石化產(chǎn)品回收率不高，循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍需努力；八是科技原始創(chuàng)新能力不足，現(xiàn)有的降碳、零碳和負(fù)碳技術(shù)無法支撐實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

進(jìn)入新發(fā)展階段，為保障國家能源安全、滿足人民對(duì)美好生活的向往，未來一段時(shí)間我國部分石化產(chǎn)品產(chǎn)能仍將保持持續(xù)擴(kuò)張趨勢(shì)，碳排放量仍將處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2025年，我國煉油產(chǎn)能將由2020年的8.90億噸/年增長(zhǎng)到9.89億噸/年、乙烯產(chǎn)能將由2020年的3 518萬噸/年增長(zhǎng)到6 332萬噸/年，分別為2020年的1.1，1.8倍[5]。盡管石化產(chǎn)品產(chǎn)能仍將增加，但通過采取嚴(yán)控產(chǎn)能盲目擴(kuò)張、大力淘汰落后產(chǎn)能、不斷提升能效、采用綠色先進(jìn)工藝技術(shù)、壓減高碳化石能源用量、增加新能源使用、加大廢舊石化產(chǎn)品回收利用等措施，不搞“碳沖峰”和“運(yùn)動(dòng)式”減碳，避免人為“攀高峰”，預(yù)計(jì)2030年前我國石化工業(yè)完全能夠?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰，峰值6億噸左右，比2020年增長(zhǎng)約28%，其中煉油產(chǎn)業(yè)基本可在2025年左右達(dá)峰、乙烯產(chǎn)業(yè)可在2030年前達(dá)峰。

我國石化工業(yè)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰以后，隨著電動(dòng)汽車和氫燃料電池汽車的快速發(fā)展，成品油需求將快速下降，煉油產(chǎn)業(yè)將需要“油轉(zhuǎn)化”“油轉(zhuǎn)特”，原油加工量將逐步降低；化工產(chǎn)業(yè)要滿足高端裝備、汽車制造、電子信息、新能源、節(jié)能環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高端新材料的需求，需要增產(chǎn)綠色低碳、高端高性能石化產(chǎn)品，加快建成綠色低碳產(chǎn)業(yè)。面對(duì)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，我國石化工業(yè)要在30年內(nèi)即2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，挑戰(zhàn)性更大、困難更多：一是需中和的碳排放基數(shù)較大，達(dá)6億噸左右。二是時(shí)間較為緊張，要用30年時(shí)間完成由碳排放峰值降至凈零排放，難度很大。三是以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，在新能源未實(shí)現(xiàn)安全可靠的情況下，實(shí)現(xiàn)新能源完全替代難度較大。四是許多降碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)還不夠成熟、能耗高，還需要進(jìn)一步攻克關(guān)鍵環(huán)節(jié)、降低成本。五是CCUS技術(shù)雖是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵技術(shù)和托底技術(shù)，但捕集的二氧化碳進(jìn)行地質(zhì)封存存在源匯匹配問題和泄漏風(fēng)險(xiǎn)、開展化學(xué)利用存在產(chǎn)品成本高和市場(chǎng)容量問題，因此通過CCUS減排的二氧化碳數(shù)量有限，不可能完全依靠CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳中和。據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年我國鋼鐵、水泥、石化等工業(yè)領(lǐng)域通過CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳減排量?jī)H有約6億噸/年[6]。CCUS技術(shù)可能更多的用于催化裂化燒焦、環(huán)氧乙烷副反應(yīng)等難以壓減的過程碳排放減排，解決碳中和“最后一公里”問題，確保最終實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。石化工業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳中和，必須探索新的發(fā)展路徑。

2 綠氫煉化是石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的必由之路

目前，綠氫煉化已列入《“十四五”全國清潔生產(chǎn)推行方案》中，文件明確提出石化化工行業(yè)實(shí)施綠氫煉化降碳工程。綠氫煉化將成為石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的必由之路。

2.1 綠氫煉化將推動(dòng)石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)深度減碳

在“雙碳”目標(biāo)下，氫作為世界公認(rèn)的一種清潔、高效、安全的二次能源，可以作為清潔能源、能源載體和化工原料。作為能源，氫有兩個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的特征：一是高能量密度，單位質(zhì)量的熱值約是煤炭的4.0倍，汽油的3.1倍，天然氣的2.6倍；二是可存儲(chǔ)且無碳，還能與多種能源耦合，相比電力可以實(shí)現(xiàn)跨時(shí)間跨地域的靈活運(yùn)用。因此，在能源轉(zhuǎn)型過程中，氫是最佳的碳中和能源載體，將是打造未來能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介，更是深度減碳的攻堅(jiān)利器。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，在2030年碳達(dá)峰情景下，我國氫氣的年需求量將達(dá)到3 715萬噸，在終端能源消費(fèi)需求量中占比約為5%；在2060年碳中和情景下，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)需求量中占比約為20%，其中綠氫規(guī)模有望達(dá)到1.0億噸。

在未來能源體系中，氫能將與電力一起居于核心地位。世界能源理事會(huì)將氫能分為綠氫、灰氫、藍(lán)氫三類，其中綠氫來自風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)等可再生能源，制備過程無直接碳排放，但成本較高[7]?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，石化工業(yè)應(yīng)用氫能減碳，短期內(nèi)可能面臨缺乏經(jīng)濟(jì)性、儲(chǔ)運(yùn)困難和安全等問題，是制約綠氫進(jìn)入石化工業(yè)的瓶頸。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在碳中和推進(jìn)過程中，隨著綠氫生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用帶來的成本下降，未來綠氫將發(fā)揮重要作用，構(gòu)建以綠氫為源頭的新型工業(yè)系統(tǒng)是石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。同時(shí)，電氣化替代也是石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要路徑，大規(guī)模用綠電替代煤炭、石油和天然氣等化石能源，可有效減少對(duì)化石能源的依賴，進(jìn)一步降低碳排放強(qiáng)度，有利于實(shí)現(xiàn)碳中和。面向“雙碳”目標(biāo)，利用綠氫和綠電協(xié)同重構(gòu)以化石能源為主的煉化工藝流程，不僅可促進(jìn)石化工業(yè)深度減碳，而且可推動(dòng)石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。但是，這一過程需要變革性技術(shù)作支撐，需要新能源安全可靠作為基礎(chǔ)。

綠氫煉化是指在新能源安全可靠的基礎(chǔ)上，石化工業(yè)在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色低碳發(fā)展的同時(shí)，用氫以綠電電解水制取的綠氫為主，用能以綠電和綠氫為主，改造提升煉化工藝流程和生產(chǎn)裝置，重塑煉化產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品鏈、服務(wù)鏈和價(jià)值鏈，生產(chǎn)更多綠色低碳石化產(chǎn)品，推動(dòng)石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放。具體體現(xiàn)在：一是氫氣生產(chǎn)暫時(shí)以灰氫為主，以藍(lán)氫作為過渡，最終以綠氫替代灰氫、藍(lán)氫，如果綠氫技術(shù)發(fā)展較快、經(jīng)濟(jì)上可行，甚至可能綠氫直接替代灰氫，減少自身制氫環(huán)節(jié)碳排放。二是利用綠電和綠氫的能源屬性，以綠氫和綠電替代煉化工藝用化石燃料，綠氫與綠電協(xié)同減少煉化生產(chǎn)用能環(huán)節(jié)的碳排放，推動(dòng)石化工業(yè)低碳化轉(zhuǎn)型。三是依靠科技進(jìn)步，對(duì)煉化工藝流程進(jìn)行適應(yīng)綠電、綠氫再造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、綠色環(huán)保，未來短流程生產(chǎn)特色產(chǎn)品、低碳排放的總流程方案將成為煉化工藝主流。四是利用氫的物質(zhì)屬性，以綠氫為原料生產(chǎn)碳足跡更少的石化產(chǎn)品，特別是加強(qiáng)二氧化碳資源化利用，為石化工業(yè)提供碳中和解決方案。

2.2 綠氫煉化將推動(dòng)石化工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

為有效應(yīng)對(duì)全球氣候變化，目前許多國外大石油石化公司都明確提出了凈零碳排放目標(biāo)和低碳發(fā)展戰(zhàn)略，加快部署“綠電—綠氫—煉化”一體化示范項(xiàng)目，積極推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型。如，BP公司與海上風(fēng)電開發(fā)商合作，將在德國Lingen煉油廠大規(guī)模應(yīng)用綠氫；2024年建成一座50兆瓦電解水制氫設(shè)施，利用海上風(fēng)電生產(chǎn)綠氫，替代現(xiàn)有20%的天然氣制氫產(chǎn)能，項(xiàng)目后期規(guī)模將擴(kuò)大至500兆瓦，完全取代該廠的化石能源制氫裝置[8]。殼牌公司現(xiàn)已公布7個(gè)碳中和綠氫項(xiàng)目；2021年7月，開始建設(shè)歐洲最大的質(zhì)子交換膜電解槽，可年產(chǎn)1 300噸綠氫，用于德國萊茵蘭煉廠加氫裝置；2022年1月28日，殼牌與中國企業(yè)合資建設(shè)的世界最大的8萬千瓦綠氫項(xiàng)目一期（2萬千瓦），在張家口建成投產(chǎn)，全部投產(chǎn)后可年產(chǎn)氫約2 800噸、液氧2.28萬噸。2021年3月，巴斯夫公司、沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司和林德公司簽署了一項(xiàng)聯(lián)合協(xié)議，開發(fā)和驗(yàn)證電加熱蒸汽乙烯裂解爐解決方案，打造全球首座電加熱裂解爐，可減少碳排放達(dá)90%[9]。石化工業(yè)作為我國碳排放量較多的產(chǎn)業(yè)之一，要在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，亟待探索以綠氫煉化為特征的新發(fā)展路徑，試點(diǎn)示范并推廣應(yīng)用綠氫＋綠電＋化石能源（緊急保障用）取代化石能源的工藝流程，全面實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2.3 綠氫煉化將帶動(dòng)石化工藝流程變革

我國石化工業(yè)現(xiàn)有工藝流程是烴基煉化，主要依賴化石能源。隨著綠電和綠氫成本的大幅降低及逐步大規(guī)模應(yīng)用，綠電將替代化石能源發(fā)電、中低位熱能供熱，綠氫將替代化石能源制氫、作燃料用于高位熱能供熱，工藝流程將變?yōu)榫G氫煉化，這必將對(duì)生產(chǎn)過程產(chǎn)生較大影響，需要對(duì)現(xiàn)有工藝流程再造。如，乙烯裝置中，采用綠電和裝置自產(chǎn)氫氣替代烴類燃料氣為裂解爐提供熱量，制冷壓縮機(jī)由透平驅(qū)動(dòng)改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裂解產(chǎn)生的蒸汽僅用于驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)等，都需要對(duì)乙烯裂解工藝流程再造。再如，乙苯裝置加熱爐加熱溫度不大于400℃、可以用綠電加熱導(dǎo)熱油或綠氫直接作為燃料，苯乙烯裝置加熱爐加熱溫度800℃以上、可以用綠氫直接作為燃料，取代傳統(tǒng)的燃料氣加熱爐，這可大幅減少碳排放，但需要對(duì)乙苯/苯乙烯工藝流程進(jìn)行再造。我國石化工業(yè)要推進(jìn)現(xiàn)有工藝流程適應(yīng)綠電、綠氫技術(shù)改造，必須要依靠科技進(jìn)步，加快研究綠氫、綠電應(yīng)用場(chǎng)景，解決相關(guān)技術(shù)問題，推進(jìn)石化生產(chǎn)過程綠色和節(jié)能降碳。

3 石化工業(yè)推進(jìn)綠氫煉化的分階段情景研判

3.1 當(dāng)前階段：以灰氫為主的煉化流程

當(dāng)前，由于重劣質(zhì)原油加工量仍然較多，為滿足國Ⅵ及后國Ⅵ清潔汽柴油、航煤和低硫船燃需求，煉油工藝流程中加氫處理、加氫裂化、加氫精制等臨氫產(chǎn)能仍將增加，用氫量不斷增多。由于可再生能源發(fā)電成本相對(duì)較高、水電解制氫能耗和投資較大，綠電、綠氫以試點(diǎn)示范為主，還難以大規(guī)模進(jìn)入煉化產(chǎn)業(yè)主流程，煉化產(chǎn)業(yè)仍以灰氫、火電為主，基本完全依賴化石原料制氫以及煉廠和乙烯裝置副產(chǎn)氫，用能仍然以化石能源為主。

3.2 2030年前階段：由灰氫向藍(lán)氫甚至綠氫過渡的煉化流程

從《意見》《方案》和《氫能規(guī)劃》中可以看出，到2025年，我國可再生能源制氫量達(dá)到10～20萬噸/年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020年下降18%，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；到2030年，我國可再生能源制氫廣泛應(yīng)用，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，順利實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)。

我國石化工業(yè)要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，需要根據(jù)國家非化石能源發(fā)展態(tài)勢(shì)，加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，降低碳排放強(qiáng)度，使產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步與碳脫鉤，盡早經(jīng)濟(jì)可行的實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。預(yù)判2030年前我國石化工業(yè)可能呈現(xiàn)如下發(fā)展情景：一是據(jù)中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司（EDRI）預(yù)測(cè)，2025年前后交通用油基本飽和、化工用油仍將增長(zhǎng)，2030年前石油需求將達(dá)峰并進(jìn)入平臺(tái)期，原油加工量基本達(dá)到峰值。二是煉化產(chǎn)業(yè)供氫先由灰氫逐步向藍(lán)氫過渡，然后綠氫逐步替代灰氫或藍(lán)氫，到2030年綠氫廣泛應(yīng)用，有力支撐石化工業(yè)碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。三是用能結(jié)構(gòu)將向低碳化方向調(diào)整，逐步“減煤”“控油”“增氣”“強(qiáng)新”，推動(dòng)多種能源優(yōu)化耦合，節(jié)能提高能效，探索工業(yè)用能電氣化和綠氫作為燃料。四是加快研發(fā)適應(yīng)綠電、綠氫的工藝技術(shù)，利用煤＋氫＋電取代煤炭的工藝完成試點(diǎn)示范，采用綠色先進(jìn)工藝技術(shù)，提高能源利用效率，降低能耗，減少碳排放總量。五是在有碳封存地點(diǎn)或驅(qū)油的源匯匹配地區(qū)，應(yīng)用CCUS減少碳排放。六是大力調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，多產(chǎn)綠色環(huán)保石化產(chǎn)品。

3.3 2060年前階段：以綠氫為主的煉化流程

根據(jù)《意見》《氫能規(guī)劃》的要求，到2035年我國可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比重明顯提升，預(yù)計(jì)2040–2050年我國以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)逐步建成，適應(yīng)碳中和的能源系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)基本形成，非化石能源加速替代化石能源，減碳速度明顯加快，煤炭作為兜底緊急保障；2060年非化石能源占比達(dá)80%以上，化石能源回歸原料屬性，碳中和的能源系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)完全形成，屆時(shí)化石能源消費(fèi)主要起穩(wěn)定系統(tǒng)的作用，電力供應(yīng)90%以上是綠電，綠氫已大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，普遍開始征收較高碳稅。

我國石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰后，將要進(jìn)入深度降碳期和碳中和期。預(yù)判2060年前我國石化工業(yè)可能呈現(xiàn)如下發(fā)展情景：一是由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源低碳化轉(zhuǎn)型、淘汰落后產(chǎn)能等需要有一定的時(shí)間過程，可能存在3～4年碳達(dá)峰平臺(tái)期，而后在新能源安全可靠的替代基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)化石能源將逐步退出，綠電和綠氫等新能源將大規(guī)模進(jìn)入煉化主流程。二是據(jù)EDRI預(yù)測(cè)，到2060年公路交通用油可能將逐步轉(zhuǎn)為電力和氫能、塑料回收率可能提高到40%、二氧化碳資源化利用可能取得突破進(jìn)展，因此預(yù)計(jì)2030–2060年我國石油需求將快速下降，交通用油將由2030年的3.5億噸降至2050年的1.4億噸和2060年的0.5億噸；化工用油由2030年的2.5億噸降至2050年的2.0億噸和2060年的1.2億噸，原油加工量將不斷下降。三是據(jù)有關(guān)研究表明，從碳達(dá)峰到碳中和，石化產(chǎn)品產(chǎn)量和原油加工量下降對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和的貢獻(xiàn)率可達(dá)40%以上，節(jié)能提高能效貢獻(xiàn)率可達(dá)25%以上，調(diào)整燃料原料結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)率可達(dá)15%以上，CCUS貢獻(xiàn)率在10%以上。因此，原油加工量下降和節(jié)能能效提高雖然對(duì)石化工業(yè)碳減排貢獻(xiàn)較大，但還不足以推動(dòng)石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和，需要全面推進(jìn)綠氫煉化。四是為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，2060年前煉化產(chǎn)業(yè)需要全面完成低碳化改造，煉廠生產(chǎn)流程將以生產(chǎn)化工原料為主，煉化工藝流程按碳中和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，400℃以下中低位熱能用綠電電氣化或綠氫替代，400℃以上高位熱能用綠氫替代，原料用氫都是綠氫或副產(chǎn)氫，少量未中和的過程排放二氧化碳通過CCUS、林業(yè)碳匯解決，最終實(shí)現(xiàn)石化工業(yè)凈零排放。

4 石化工業(yè)推進(jìn)綠氫煉化的思路建議

在“十四五”及更長(zhǎng)一段時(shí)間，綠氫、綠電將在我國石化工業(yè)推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，更是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。但是，綠氫、綠電要大規(guī)模進(jìn)入石化工業(yè)現(xiàn)有工藝流程，還有許多工作需要提前部署和謀劃。

一是要加快研究開發(fā)支撐綠氫煉化的前沿核心技術(shù)。根據(jù)綠電和綠氫將大規(guī)模進(jìn)入煉化產(chǎn)業(yè)鏈的情況，建議加快部署高效電解水制氫、有機(jī)液體儲(chǔ)氫、超級(jí)儲(chǔ)能、多種可再生能源耦合、燃煤鍋爐電能替代、電加熱乙烯裂解爐、電加熱再沸器替代、電解水制氫耦合制取化學(xué)品、液態(tài)陽光甲醇、干熱巖開發(fā)利用、低碳新反應(yīng)過程等前沿技術(shù)研究開發(fā)，加快攻克CCUS等負(fù)碳技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，降低能耗和成本，加快推進(jìn)工業(yè)應(yīng)用示范工程。

二是要加快研究綠氫持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)方案。若石化工業(yè)原料用氫和部分燃料用氫都是綠氫，綠氫年需求量將非常大。要研究提出石化企業(yè)綠氫持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)方案，使綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的制、儲(chǔ)、運(yùn)、加各環(huán)節(jié)順利打通，確保企業(yè)正常生產(chǎn)。

三是要加快研究煉化工藝流程再造方案。要針對(duì)煉化企業(yè)用能結(jié)構(gòu)由煤、石油焦、石油等高碳能源轉(zhuǎn)向天然氣、綠電、綠氫等低碳和無碳能源，或多種低碳能源耦合，分別深入研究煉油、乙烯、芳烴等主要工藝總流程如何調(diào)整優(yōu)化，以適應(yīng)用能方式和能源結(jié)構(gòu)變化，確保煉化主要工藝流程再造成功，實(shí)現(xiàn)直接排放近零、過程排放最小。同時(shí)，工藝流程再造要注重推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G通訊、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)與綠色低碳石化產(chǎn)業(yè)深度融合，加快建成新一代數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化石化工廠，大力提升能效、減少資源能源消耗，推動(dòng)碳減排邁上新臺(tái)階，助力石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和。

四是要加快研究煉化企業(yè)電氣化改造方案。針對(duì)我國能源結(jié)構(gòu)不斷向低碳化綠色化方向發(fā)展、將建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的情況，在新能源安全可靠的替代基礎(chǔ)上，研究提出煉化企業(yè)用能如何逐步實(shí)現(xiàn)由火電和化石能源轉(zhuǎn)向綠電、實(shí)現(xiàn)電氣化，分析研究不同工藝單元電氣化進(jìn)程的差異性以及難以電氣化應(yīng)用的場(chǎng)景，制定安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行的電氣化解決方案。

五是要加快研究煉化企業(yè)用能低碳化調(diào)整方案。隨著我國將建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，煉化企業(yè)用能也將逐步由火電和化石能源轉(zhuǎn)向綠電、綠氫、生物質(zhì)能、核能（高溫氣冷堆）等多種低碳能源耦合。要根據(jù)煉化產(chǎn)業(yè)用能變化，分析研究冷、熱、電、氣（汽）等能源服務(wù)的場(chǎng)景和路線圖，制定實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑。

5 結(jié)語

在推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中，我國石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰并沒有一個(gè)確定的“天花板”，只是峰值越低越有利于實(shí)現(xiàn)碳中和，因此2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰問題不大，但是2060年前要實(shí)現(xiàn)碳中和挑戰(zhàn)性較大。實(shí)現(xiàn)碳中和并不是二氧化碳“零排放”，而是“凈零排放”。鑒于通過CCUS減碳的規(guī)模有限，如果僅靠原油加工量下降、產(chǎn)品產(chǎn)量減少和節(jié)能提高能效等措施，我國石化工業(yè)難以在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，必須在新能源安全可靠的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展綠氫煉化。但是，發(fā)展綠氫煉化還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要提前開展攻關(guān)，還有許多研究工作需要提前部署，必須未雨綢繆、循序漸進(jìn)、持續(xù)發(fā)力，加快低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快綠色低碳化發(fā)展，確保2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。