石油圈
炼油厂利用二氧化碳捕集技术，能够封存(CCS)或利用(CCU)二氧化碳，从而将欧盟的炼油系统纳入循环经济。
编译 | 大安
随着脱碳计划的实施，未来的炼油厂将采用不同的原料，包括那些非化石来源的原料。欧盟电网的逐步脱碳提供了新方法，将低碳电力引入生产系统。炼油厂利用二氧化碳捕集技术，能够封存(CCS)或利用(CCU)二氧化碳，从而将欧盟的炼油系统纳入循环经济。其产出将是低温室气体产品，包括液体燃料、石化原料等，见下图1。
图1. FuelsEurope展望2050年的炼油厂
此外外部因素，例如未来的能源价格、更有效的研发方案，将在推动关键技术的落地应用中发挥作用。值得注意的是，此项工作无疑成为整个欧盟炼油行业的规划图。现有设施的二氧化碳效率等因素，加上当地与结构的限制，将决定各炼油厂为减缓气候变化做出贡献的首选路线。
01. 炼油作业的二氧化碳效率
炼油行业与石油产品的分销网络不断发展，以适应市场与监管要求，同时提供了可靠、经济的能源，还提供了对社会至关重要的许多其他产品与服务。1992年至2014年间，尽管为了生产更清洁的燃料，采用了更多的能源密集型作业，但欧盟炼油行业的平均能效提高了约13%。三项重要举措实现了节能减排：能源效率、低碳能源以及碳捕集。这些措施并非只针对欧洲炼油行业。
能源效率。通过实施各项措施与一些涉及资本投入的小项目来持续改进。例如催化剂改进与硬件升级，如新型电机和热交换器。个别炼油厂需要制定重大投资方案，来改变配套技术，以实现更高效率，例如现有设施的大规模改造、新建工厂等。另一种方法是增加对炼油厂低位热量的回收，然后用于供热与发电。
低碳能源。在欧洲，通过风能和太阳发电，天然气管网与电网正逐步实现脱碳。氢气是天然气管网脱碳的选择之一。炼油厂受益于天然气管网与电网的脱碳。此外，还减少了炼油过程中液体燃料的燃烧，并提高了氢气与液化石油气的回收率。
碳捕集和储存或利用CCS/CCU。碳捕集可立即减少炼油过程中产生的二氧化碳。然而，只有当捕集的二氧化碳能够被重新利用或长期安全地储存时，才会有意义。虽然重新利用二氧化碳的机会可能不多，但捕集的二氧化碳可储存在合适的地质构造中（见图2）。初步调查已经确定了欧盟的储存地点，包括枯竭的油气田与盐水层。在目前的排放水平下，潜在容量可储存长达100年的排放量。公众的反应与监管问题已经影响了陆地储存。
在西欧，最具潜力的储存构造在北海。对于指定的炼油厂而言，二氧化碳捕集具有可行性的关键条件是，易于运输至合适的储存处。这可能涉及到管道输送和/或海运。西北欧沿海与莱茵河畔的炼油厂可能是最适合的候选者。这些炼油厂共占欧盟炼油总排放量的35%。地中海盆地或东欧内陆地区的本地储存潜力可能有限。CCS能否成功部署还将取决于其他问题的解决，如长期存储管理、责任以及公众接受度等。
图2. 北极光计划（挪威国家石油公司）
二氧化碳捕集与利用（CCU）可将大量二氧化碳转化为化学品，这是一种取代储存的方法，而且不受地理位置的限制。某些炼油厂可受益于CCU技术，其产品可能会比常规产品更低碳。
图3展示了上述几种可行方法的累积减排总量。每一栏都展望了至2030年每种方法的累积减排量，以及至2050年不断上涨的累积减排量。
图3. Concawe低碳之路：炼油业潜在的累积二氧化碳减排量（Gudde2019）
假设欧盟的炼油作业维持在2030年的水平，当上述所有方法都被执行时，欧盟炼油厂的二氧化碳排放总量（直接与间接）可能在2030年和2050年分别减少约25%与52%。
至2030年，大部分的减排将归功于提升工艺能源效率与采用低碳能源，至2050年CCS才会开始产生重大影响。对2050年的基本假设是在欧盟范围内，所有可行方法都实现全面覆盖应用，并假设与2030年相比，需求没有发生变化。可行方法的应用程度将取决于几个因素，如外部市场条件、能源与二氧化碳价格的变化，以及未来的监管框架。对每个工厂而言，实际可用的各种方法组合在很大程度上都是独一无二的。
CCS与CCU的成功实施，对减少欧盟炼油厂的排放似乎至关重要。根据最先进的技术与炼油厂一些特有因素，一家炼油厂最大可捕获的二氧化碳量可能被限制在二氧化碳排放总量的70%。
02. 绿氢
按照炼油厂所需的规模，可利用蒸汽重整或部分氧化技术对碳氢化合物进行脱碳，来制造氢气。名为”SMR”的工艺（甲烷蒸汽重整）是以天然气为原料，将天然气中的碳原子以二氧化碳形式释放出来。总体而言，制氢会伴生大量的二氧化碳。作为炼油厂的部分业务，制氢大多是在厂内进行，然而在最近一年，第三方作业者已经新建并运营了为炼油厂服务的大型制氢工厂。
绿氢是利用太阳能或风能来电解水产生的氢气。低温电解(例如PEM电解器)适用于小规模(分布式)和大规模(集中式)制氢应用。普遍认为高温电解(例如固体氧化物电解槽)拥有更高效率，但可能仅限于集中应用。然而，目前没有任何制氢设施可达到炼油厂的规模。在中东，利用太阳能生产绿氢的潜力巨大。如果用于柴油脱硫，这有助于在出口至欧洲时，降低柴油的二氧化碳排放。
03. 低碳燃料
非常规液体燃料是指利用天然气、可再生资源或生物源获得的燃料，为发展可持续的低碳交通提供了机会。使用这些燃料的好处还包括节能、减少环境影响等。其中一些化合物是炼油厂的混合产品，例如醚、乙醇、HVO等。脂肪酸甲酯（FAME）也是如此，这是一种从植物油、地沟油或动物脂肪等生物源中提炼出的生物柴油。
汽油中的含氧化合物是提高汽油辛烷值的方法之一。与石油工业和汽车制造商合作进行的研究认为，提高辛烷值是提高发动机效率的一种方式，从而减少内燃机的二氧化碳排放。
九十年代初期推出的FAME被广泛混合于柴油。由于其与柴油的特性不同，混合比例受到限制。自2007年以来，市场上的氢化植物油（HVO）的物理和化学特性与化石燃料炼化的柴油相似，可实现更高的混合比例。为了生产HVO柴油，需要对废料与其他生物原料进行加氢处理。最终产品是一种石蜡烃，适合作为柴油或航空煤油的添加剂。二氧化碳减排量取决于所使用的原料。
其他产品正处于研究、开发或早期小规模生产阶段。它们都来源于生物燃料、废物原料以及可再生能源（图4）。另一个机会是藻类燃料。一些将废物转化为燃料的示范项目已经实施。
图4. 将不同来源的废料整合到炼油工艺中（FuelsEurope，2018年）
04. 炼油中的生物原料
在20世纪80年代末，炼油厂开始混合含氧化合物以提高辛烷值。炼油厂会在厂内或旁边建立乙基叔丁基醚（ETBE）装置。最近，为了履行使用生物燃料的义务，一些炼油厂将植物油整合至生产线，以制造生物燃料。这就是生物精炼的早期发展阶段。
在过去10年内，欧洲的炼油厂并没有关闭，而是将其重新改造为生物炼油厂。这么做是出于几点原因：与新建相比，重新改造的成本更低；可重复利用现有的基础设施；环境监管为生物燃料提供了充足价值，以证明投资的合理性。
在某些情况下，新改造的生物炼油厂可利用现有的协同效应与传统的炼油装置（可能仍在使用）。具有整合潜力的案例包括：生物原料与原油的（联合）蒸馏、重整制氢、生物石脑油与生物液化石油气用于生产燃料或特殊产品，从而实现增值（图5）。
图5. 加氢处理植物油（HVO）的生产过程（FuelsEurope，2018年）
05. 结论
在满足日益增长的能源需求的同时，限制二氧化碳排放是一项重大挑战。炼油行业能够有效应对该挑战，例如逐步过渡至新型原料，从而减少与产品相关的二氧化碳排放(结合更高效的车辆);与化学物质的整合;进一步提高炼油厂与绿氢的二氧化碳效率。本文探讨了这些低碳方法，以减少成品油生产与使用过程中排放的二氧化碳。目标是在大幅减少二氧化碳排放的同时，提供经济发展所需的燃料以及其他产品。
探索低碳之路需要着眼于整个供应链，来寻找降低二氧化碳排放的方案。在正确的政策框架与正确的技术研发投资下，炼油行业可在研发突破性技术方面发挥关键作用。技术的多样性发展将赋予经济灵活性与弹性，并使市场有可能为每个部门与用途选择最佳解决方案。低碳液体燃料是对气体燃料和电动汽车的补充。未来的加油站可利用现有的基础设施，提供更多样的燃料选择。由于石化行业也依赖于炼油产品，所以这些产品在未来几十年还会存在需求。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns
未经允许，不得转载本站任何文章：
