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1、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(guó)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。

1.1 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(wú)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(guò)程中，氫是最佳的碳中和能源載體，將是打造未來(lái)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(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，在2030年碳達(dá)峰情景下，我國(guó)氫氣的年需求量將達(dá)到3 715萬(wàn)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(guó)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(lái)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(lèi)，其中綠氫來(lái)自風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)等可再生能源，制備過(guò)程無(wú)直接碳排放，但成本較高?，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(wèn)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(guò)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(lái)的成本下降，未來(lái)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(lài)，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(guò)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(guò)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(lái)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。

1.2 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(guó)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(kāi)發(fā)商合作，將在德國(guó) 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。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(kāi)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(guó)萊茵蘭煉廠加氫裝置；2022年1月28日，殼牌與中國(guó)企業(yè)合資建設(shè)的世界最大的8萬(wàn)千瓦綠氫項(xiàng)目一期（2萬(wàn)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(wàn)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(kāi)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%。石化工業(yè)作為我國(guó)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)。

1.3 綠氫煉化將帶動(dòng)石化工藝流程變革

我國(guó)石化工業(yè)現(xiàn)有工藝流程是烴基煉化，主要依賴(lài)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(guò)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(lèi)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(guó)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(wèn)題，推進(jìn)石化生產(chǎn)過(guò)程綠色和節(jié)能降碳。

2、石化工業(yè)推進(jìn)綠氫煉化的分階段情景研判

2.1 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(mǎn)足國(guó)Ⅵ及后國(guó)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(lài)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。

2.2 2030 年前階段：由灰氫向藍(lán)氫甚至綠氫過(guò)渡的煉化流程

從《意見(jiàn)》《方案》和《氫能規(guī)劃》中可以看出，到2025年，我國(guó)可再生能源制氫量達(dá)到10~ 20 萬(wàn)噸 / 年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 20% 左右，單位國(guó)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(guó)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(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，單位國(guó)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(guó)石化工業(yè)要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，需要根據(jù)國(guó)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(guó)石化工業(yè)可能呈現(xiàn)如下發(fā)展情景：

一是據(jù)中國(guó)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(guò)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。

2.3 2060 年前階段：以綠氫為主的煉化流程

根據(jù)《意見(jiàn)》《氫能規(guī)劃》的要求，到 2035年我國(guó)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(guó)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(kāi)始征收較高碳稅。

我國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)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(guò)程排放二氧化碳通過(guò)CCUS、林業(yè)碳匯解決，最終實(shí)現(xiàn)石化工業(yè)凈零排放。

3、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(guó)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(kāi)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(yáng)光甲醇、干熱巖開(kāi)發(fā)利用、低碳新反應(yīng)過(guò)程等前沿技術(shù)研究開(kāi)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(wú)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(guò)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(guó)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(guó)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。 

原標(biāo)題：我國(guó)石化行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠氫煉化需要分幾步走？