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“双碳”背景下,石油石化行业该如何实现低碳转型?
检测人王大锤
2023/05/17
私聊
石油化工检测
问:在双碳背景下,石油石化行业该如何实现低碳转型?国有大型炼油企业在国家实现双碳目标下的担当是什么?
曹湘洪:炼油与化工行业实现低碳转型,首先要研究开发和推广应用绿色低碳的新技术,如研究开发基于催化科学、材料科学、工程科学等多学科融合创新的绿色低碳的新反应工艺与工程技术,传统炼油石化过程进一步降低物耗能耗和碳排放的新技术。通过这些新技术的推广应用,持续推进节能减碳。建设以化石能源为主体和风电太阳能发电耦合、化石能源和小型核堆耦合的智能低碳能源系统;充分利用生物质资源,大力发展生物炼制,生产生物基燃料、生物基化学品和生物基材料;积极发展氢能,主动介入氢能交通、探索绿氢和灰氢耦合的炼油化工;适时推进二氧化碳捕集利用项目,积极开展二氧化碳捕集利用技术研究,研究开发以二氧化碳为原料生产运输燃料、化学品和合成材料技术等都是炼油与化工行业实现低碳转型的重要举措。
炼油与化工企业在国家实现“双碳”目标下,既要做好自身的节能降耗减碳,还要努力为其他行业的节能减碳作出贡献。鉴于在今后相当长的能源低碳化转型过程中,车用动力会存在油、电、氢共存、主次逐步转变的局面,船用和航空动力会长期以内燃机为主,炼油企业要努力提供更加绿色高效的汽柴油、航空煤油、船用燃料油、高品质润滑油,还有石油化工企业要保证公路畅行的高品质路面必需的石油沥青,电炉炼钢、各类电池等使用的高品质石油基碳材料。石油化工企业要为建筑、交通等行业的节能减碳、为太阳能发电、风力发电等新能源行业的发展、为现代农业、医疗健康、市政建设、电力电子、国防军工的发展提供各种功能性、高性能的合成材料,这些都是炼油化工企业必须担当的责任。
问:面对交通领域的低碳和零碳要求,炼油企业如何助力内燃动力车辆的低碳排放?
曹湘洪:交通领域实现低碳和零碳不可能一蹴而就,是一个渐进的较长的过程,内燃机作为一种重要的交通动力不可能很快也不可能彻底退出市场。面对交通领域的低碳和零碳要求,炼油企业要和内燃机行业紧密合作开展高效高清洁汽柴油标准研究。包括制定标准的基础研究,如汽柴油燃烧反应路径、燃烧动力学、燃烧中污染物产生机理,汽柴油组分分子结构和内燃机新技术的匹配性等研究。还要进行相关的实验研究,比如汽油中乙醇和乙基叔丁基醚(ETBE)不同比例混合添加对汽油RON、馏程、蒸气压的相关性研究及发动机系统材料相容性研究;汽柴油主要质量指标与发动机/整车污染物排放及碳排放试验;高效高清洁汽柴油中清净剂类型和添加量与发动机/整车污染物、碳排放试验;高效高清洁汽柴油配套的润滑油基础油与配方研究。
炼油企业还要主动配合交通运输减污减碳,进行高效高清洁汽柴油生产技术的研究开发。通过努力,汽油要在降低烯烃含量和禁止调入C9(含)以上重芳烃的标准下进一步提高RON,以生产95、98号汽油为主。必须提升异构化油、烷基化油生产技术,创新开发增产烷基化原料的催化裂化技术、C7-C9异构化技术。通过新技术的应用,改变汽油调合组分的结构,降低催化汽油占比,提高其他高辛烷值组分调合比例,要积极介入纤维素乙醇技术开发,充分利用汽油中氧含量由2.7%提高到3.7%后氧含量的空间,推广E10生物基乙醇汽油或生物基乙醇合成的ETBE,争取烷基化油、异构化油、无C9以上重芳烃的重整生成油、生物基乙醇或ETBE等高辛烷值调和组分在汽油池中的占比达到甚至超过45%,将催化汽油的占比降低到55%以下。
重负荷柴油车电动化的困难明显高于汽油车,未来柴油消费量的下降会低于汽油,炼油企业要努力提高车用柴油的质量。车用柴油质量提升的重点是降低柴油中多环芳烃含量和控制总芳烃含量、提高车用柴油的十六烷值。已有的研究结果认为,随着车用柴油中多环芳烃含量降低,柴油车尾气中的颗粒污染物和NOx会显著降低,最好多环芳烃能降至2%以下。实现这个目标最好的办法是减少柴油中二次加工柴油的比例。从2016年起,我国柴油消费量开始逐年递减,面向未来还将继续缓慢下降,从市场看,劣质的二次加工柴油有可能从柴油加氢精制装置中逐步退出;从碳减排看,在进料中减少二次加工劣质柴油能减少氢气消耗,有明显的减碳效果;从质量进一步升级看,进料中减少二次加工的催化柴油能显著减小质量升级的难度,但二次加工的劣质柴油必须开发新的技术和开拓新用途。炼油企业要把生产总芳烃不大于15%,多环芳烃不大于2%的高效高清洁柴油作为自己的奋斗目标。要从优化柴油加氢精制原料和开发更高效的芳烃饱和催化剂及工艺入手,研究开发相应的技术。
制定与实施高效高清洁汽柴油标准要有相应的推进策略。一步到位直接制定并实施高效高清洁汽柴油国家标准,让全国所有炼油企业都同时执行有很大难度。可考虑成立炼油企业和汽车生产企业作为主要成员的高效高清洁汽柴油创新联盟,研究制定高效高清洁汽柴油团体标准和配套的机动车排放标准;参加创新联盟的炼油企业执行高效高清洁汽柴油标准,参加创新联盟的汽车企业执行配套的低碳和污染物近零排放机动车排放标准。进而通过总结团体标准执行中的经验和存在的问题,适时制定我国高效高清洁汽柴油国家标准和低碳、污染物超低排放的机动车排放标准。
问:在未来的油品国标中,如何充分考虑可再生/零碳燃料的应用?
曹湘洪:提高汽油的辛烷值,为油耗低的高压缩比汽油内燃机提供匹配的汽油,一直是汽车行业的殷切期盼。我国炼油企业提高汽油辛烷值面临的突出问题是高辛烷值汽油调合组分的资源不足,降低汽油中烯烃和芳烃含量,优化馏程禁止造成PM/PN排放的C9以上芳烃调入汽油,都造成汽油辛烷值降低。可再生/零碳燃料,比如生物质乙醇、ETBE等是潜在的汽油高辛烷值组分。加工霉变粮食和重金属污染粮食的生物乙醇产能产量在增加,纤维素乙醇技术已有工业示范装置,随着技术成熟和大面积推广应用,我国纤维素乙醇产量可望迅速增长,放宽汽油中氧含量限值到不大于3.7%,将为全面推广E10乙醇汽油创造条件。为了解决汽油中生物乙醇含量增加后蒸气压提高的问题,参照欧洲汽车工业协会的建议,添加生物乙醇可变成添加用生物乙醇生产的ETBE。
许多科技工作者在研究以二氧化碳为原料生产烃类产品的技术(eFuel),一旦该技术的经济性取得突破,就能实现规模化生产。炼油行业要根据交通燃料的特性,明确技术开发的方向,积极介入以二氧化碳为原料的负碳燃料技术研究与开发,同时研究其作为燃料组分的性质指标以及应用可行性。
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