中国石油峰值与石化行业低碳转型发展

乞孟迪，柯晓明，程一步，刘红光

（中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京100029）

中国承诺2030年碳排放达峰，并力争于2060年前实现碳中和。在当前国际经济社会发展趋势和政治格局背景下，中国主动顺应绿色低碳发展潮流，提出碳达峰和碳中和目标，彰显了大国责任和担当。

石油石化行业是我国经济社会发展的战略性支柱产业，为构建现代化产业体系提供了清洁能源和现代化工材料，且中长期内较难被替代。同时，石油石化行业也是高耗能行业，约占全国碳排放量的5%。“十四五”时期，我国石化产业将呈现持续发展态势。2025年炼油、乙烯、PX产能分别达到2020年的1.1、1.8和2.1倍。石油石化行业面临的减排压力和挑战持续增加。因此，研究探讨石化行业绿色低碳转型，与新能源协调、可持续发展的路径，具有十分重要的意义。

1 碳中和愿景下相关行业发生深刻变化

1.1 能源结构加快由低碳向可再生为主转变

当前全球基本达成本世纪温升控制在1.5℃以内（与1861—1880年相比）的共识。中国做出2030年碳达峰，2060年碳中和承诺。能源结构转型是实现碳中和目标的重要途径之一。全球能源转型的新动能正转向可再生能源。根据BP《能源展望2020》预测，全球可再生能源占比将从2019年的4.3%增至2030年的16%，2050年进一步提高至44%，超过化石能源总和成为第一大能源。当前中国的可再生能源产业已具备规模化发展条件，预计“十四五”期间光伏和风电将真正成为具备竞争力的能源品种，中国2030年非化石能源比重达25%，2060年提高至80%。

1.2 新能源替代潮流颠覆传统交通能源格局

2020年我国新能源汽车销量137万辆，渗透率达5%，保有量556万辆，处于快速增长的起飞期。中长期，行业规划为新能源汽车产业快速发展保驾护航。预计2025年新能源汽车渗透率提高至20%，2035年渗透率达50%~60%。尽管我国汽车销量仍有较大增长空间，但2020—2030年，新增汽车销量以新能源汽车为主导，传统燃油汽车销量增长乏力。受新能源汽车等替代以及燃油经济性提高影响，我国成品油消费峰值将提前至2025年前后到来，峰值达3.6亿吨左右。新能源汽车将助推国内传统交通燃料达峰。

1.3 限塑风潮改变石化产业链格局

全球范围内已经达成限塑共识，多个国家和地区推行限制或禁止使用一次性塑料制品的政策。中国2008年开始实施限塑。2020年1月，进一步提出分阶段行动目标与措施。禁限类政策除了影响消费者 使用环节，正在逐步向上游制品制造环节延伸。欧盟拟征收塑料包装税，并将推进“碳边境税”计划， 同时供应商加大对可循环、可降解材料的研发投入。

1.4 绿色经济推动石化替代材料发展

再生资源回收利用是碳减排的重要路径之一。资源循环利用的同时，节约了原材料开采和加工过程所需能源，同时还减少了其他污染物排放。每回收再生1吨塑料制品，可以相应减少0.36吨CO2排放量。部分发达国家明确规定塑料包装中可再生成分比例。绿色循环经济的发展将对石化产品从需求到供应整个产业链产生重大影响。

通过CCS技术与CO2化学利用生产绿色化学品和燃料，近些年在国内外发展较为迅速。目前，全球共有2套CO2加氢制甲醇工业试验装置。包括碳循环国际公司CRI在冰岛的4 000吨/年的装置，以及中海石油在海南的5 000吨/年的装置。可再生氢气成本过高是造成CO2加氢制甲醇经济性差的主要原因。随着绿氢价格的下降，加之碳市场的启动，预计2040年产业规模可以达到100万吨/年。

2 石油需求及碳排放将提前达峰

2.1 石油需求峰值提前，2030年后需求快速降低

2025年前后，石油需求达7.8亿吨峰期。石油占一次能源比重稳定在20%左右。其中交通用油基本饱和达3.5亿吨，化工用油是主要增长领域，达2.3亿吨。该时期节油措施主要依赖车辆燃油经济性提高。新能源汽车处于普及前期，渗透率由目前的5%提升至2025年20%。2025—2030年为石油需求平台期。该时期是交通用油下降以及化工用油增速放缓双拐点期，石油需求维持在7.7亿~7.9亿吨。2030—2050年为石油需求快速下降期。交通节油起主要作用。交通用油下降至期末的1.4亿吨，仅为期初的40%；化工用油经历由2.5亿吨饱和到平台期再到下降过程，期末降至2亿吨。该时期节油措施以能效提升和电动化替代双轮驱动，期末新能源汽车销量渗透率达95%以上。2050—2060年为碳中和时期。绿电、绿氢大规模替代全社会用化石能源，化工节油起关键作用。通过大幅提高塑料循环再生率至40%以上，以及推广CO2制化工原料技术，减少化工用油至1.2亿吨左右；公路交通用油几乎全部转为电力和氢能，四成航空用油被替代，交通用油降至0.5亿吨左右（基本是航煤）；农业、工业及建筑用油大规模被电力和生物柴油替代。石油需求分阶段展望（2015—2060年）见图1。

图1 石油需求分阶段展望（2015—2060年）

2.2 成品油需求2025年前后达峰

中期汽油需求达到峰值。汽油消费结构中95%是汽油车消费，而汽油车中八成左右由乘用车组成，乘用车的发展决定了汽油消费变化趋势。目前，中国的乘用车已经由普及前期过渡到普及后期，虽然销量持续增长，但增速明显下降，预测2030年和2050年乘用车保有量分别达3.5亿辆和4.4亿辆左右。考虑到燃油经济性提高，以及新能源汽车替代，预计汽油需求在2025年达到1.54亿吨饱和值，之后将快速下降，2025—2060年年均降低12%左右。

煤油需求长期保持增长。民航事业快速发展带动煤油消费的增长，当前我国人均乘机次数约为0.5次/年，日、韩和欧洲人均乘机次数饱和值在1.0~ 1.5次/年，美国达2.4次/年。考虑我国地域、人口及资源限制，预计中国人均乘机次数饱和值接近欧洲水平，即1.0次/年，未来仍有较大增长空间。但新冠疫情带动了远程办公的兴起和线上消费的火热，改变了部分出行习惯，一定程度上导致航煤需求中枢下降。预测航煤需求2040年达到8 000万吨峰值，之后，生物航煤替代导致航煤需求快速下降至4 800万吨左右。

柴油消费已经处于达峰后下降期。柴油消费主要用途为机动车和工农业生产，与经济发展密切相关，目前商用车用油占柴油消费的七成左右。随着经济结构调整，中国逐渐向后工业化过渡。同时，环保要求下，部分公路运输需求转向更清洁的铁路运输（含有电气化因素），商用车保有量2020—2030年基本达到4 800万辆的饱和期。与工业生产密切相关的柴油消费在2015年已经达到峰值1.73亿吨。2015—2020年处于小幅下降的平台期。2020年之后，替代的发展加快柴油需求下滑。2020— 2060年柴油需求年均减少8%左右。

2.3 基础石化原料需求2035年后达峰

乙烯消费峰值出现在2040年前后。我国化工轻油中约四分之三用于生产乙烯，乙烯是石化工业的基础原料，主要下游衍生物有聚乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷/乙二醇、二氯乙烷、苯乙烯等。目前，我国人均乙烯当量消费仅为31 kg/人，相当于发达国家80年代水平。考虑到中国产业结构，消费和人口结构，加之近年来，共享平台、跨境电商、快递、外卖等新业态新经济兴起，新消费领域不断涌现，中国乙烯当量需求仍有较大增长空间。判断塑料回收和生物可降解材料等一系列产业政策影响乙烯消费15%~20%，预测2035—2040年，国内人均乙烯消费峰值将达65 kg左右，总消费量9 200万吨。

PX消费峰值出现在2035年前后。我国化工轻油中约四分之一用于生产PX，PX同样是石化工业的基础原料，主要用于生产聚酯涤纶。目前，全球纺织纤维消费量约1亿吨，其中合纤约占68%~70%， 而涤纶占合纤消费量的80%左右，因此PX产业链与纺织服装行业紧密相关。中国是亚洲最大的纤维制品出口国之一，目前人均纤维消费量约32 kg（折算PX消费量为20 kg/人），为全球平均消费水平的2.3倍。未来，经济增长、人均收入的提升对本国居民的纺织品消费仍然有拉动力。尽管随着国内消费升级、人工成本增加以及环保限制，纺织业逐渐向东南亚国家转移，中国纤维净出口量逐渐减少。但在产业链的集合度、劳动工人熟练度、产品设计及创新力等软性实力方面，中国综合竞争实力较强，支持纺织业继续稳定发展。综合判断PX消费在2035年前后达到峰，人均消费量约30 kg，折合当量消费4 300万吨左右。

2.4 石化行业实现双碳目标需要巨大变革

1）测算方法与边界

测算方法主要参考国家发改委发布的中国石油化工企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行） （发改办气候[2014]2920号）。部分数据参考行业或企业排放指标数据。

该研究涉及的CO2排放统计边界主要包括石油炼制加工、石油化工两个环节，由于上游原油和天然气较难完全分别统计碳排放量，因此该测算不包括上游勘探开发以及储运，同时不包括煤化工和无机化工。

2）测算结果对比

2020年全国炼油加工量6.74亿吨，乙烯产量 3 012万吨，PX产量2 030万吨，通过测算典型石化厂碳排因子平均值，同时考虑部分小型化工装置未纳入计算口径，综合判断2020年全国石油石化行业CO2排放量约5亿吨，约占全国碳排放量5%。

通过对石油及主要基础石化原料需求展望，预测2030年原油加工量规模达7.9亿吨峰值，2060年降至2.3亿吨左右；2030年乙烯产量达6 800万吨，2060年5 100万吨；2030年PX产量4 400万吨，2060年3 800万吨。同时，根据目前石化企业实际排放数据和节能技术应用情况，预测未来原油加工、乙烯和芳烃生产碳排放因子。综合判断，2030年全国石油石化行业碳排放基本达7.6亿吨左右峰值，2060年降至4.5亿吨左右。其中，炼油和化工碳排放分别达峰时间与基准情景差别不大，炼油占全行业排放比重由目前的一半左右降至2060年的六分之一。如果生产过程中加快绿电绿氢应用，则碳排放因子将更快下降。

通过对石油及主要基础石化原料需求展望，判断不同时间段石油炼制以及石化发展规模。基准降碳情景下，根据目前石化企业实际排放数据和节能技术应用情况，预测未来生产碳排放因子。综合判断，2030年全国炼化行业碳排放基本达7.6亿吨左右峰值，2060年降至4.5亿吨左右。其中炼油碳排放2025—2030年达峰；化工碳排放2035—2040年达峰。加强降碳情景下，企业通过加大新旧产能置换力度，利用更加先进技术提升装置能效，加大燃料结构调整力度，加强绿氢绿电替代等一系列措施，全国炼化行业碳排放达峰期提前至2027年前后，峰值降至6.1亿吨左右。未来化工领域降低碳排放是关键。基准降碳情景和强化降碳情景下碳排放对比见图2。

图2 基准降碳情景和强化降碳情景对比

3 石油石化行业低碳转型路径建议

“3060”战略目标限制了化石能源的开发利用，对于石油终端消费，通过技术突破，改变交通出行工具与方式，增加化工原料来源等方式减少了石油需求，这一改变将促使石油石化产能需求降低以及产品结构的调整。这需要炼厂通过优化产能结构等手段适应市场变化。

3.1 淘汰高能耗低能效落后产能

推进淘汰高能耗、高污染、低效益的老旧工艺和落后产能，持续降低石化产业能源消费强度。炼油行业合理控制原油加工规模，优化炼油工艺和调整产品结构，提高清洁低碳燃料供给能力。在国内成品油消费达峰后，匹配国内交通电气化进程，有序调整成品油供给规模，保障交通用能平稳转型。推进“油转化”，增产化工轻油等石化原料，有效保障国内乙烯和芳烃等石化产品生产。炼油企业以淘汰落后产能为抓手，在资源和技术等条件相对成熟及国家政策的支持下，改造落后装置转产液体生物燃料，如生物航煤、生物柴油等，提高低碳交通燃料的供给比例。

3.2 调整传统能源结构促减排

优化产业用能结构，逐步缩减煤炭消费，稳妥推进行业“煤改气”“煤改电”“煤改氢”，减少工业用电中的煤电比重，控制化石能源消费量和碳排放量，降低碳排放强度。到2030年煤炭消费约占当前石油石化企业能源消费总量的1/3以下。深化煤炭清洁高效利用，在生产经营活动中更多使用低碳、零碳能源，提高工业用能的电气化水平，逐步使天然气和非化石能源成为企业能源消费增量的主体，将有效降低生产加工过程碳排放量。

拓展氢能等绿色低碳新业务，实现行业深度脱碳，推动用能低碳化。氢能领域是石化产业实现自身脱碳和跨行业协同减碳的重要抓手。煤炭等化石能源制氢是石化产业碳排放的主要来源之一，通过有效利用工业副产氢，以化石能源制氢加CCS脱碳制“蓝氢”，非化石能源发电制“绿氢”，逐步替代高碳排“灰氢”或煤炭等作为燃料或原料，推动行业深度脱碳。石化企业还可结合当地资源条件和自身用电需求，积极发展自建风电、光伏发电等新能源业务，提高自发绿电比例，降低用电环节的碳排放，还可支撑自身绿氢业务规模化发展。

3.3 技术创新和提升能效助减排

加快推广节能环保技术，降低生产过程能耗和物耗水平，着力提升能源和资源利用效率。通过提高设备的能源利用效率，降低单位产品的电力或热力消耗，降低石油石化行业加工过程碳排放量。

通过全厂能源系统优化技术，充分利用低温余热资源，充分发挥热电联产，以及工艺和蒸汽动力系统之间热联合潜力。强化全厂能量回收技术应用，部署低品位热能的高效回收利用技术及通过全厂用能优化技术，选择最优设备及其相互的联接以构成合理的系统，满足工艺生产过程对各类形式能量的需求，使其设备投资和能源消耗等总费用目标最小。部署新型先进节能设备及相关技术，减少过程能耗。重点节能设备包括高效换热设备、新型反应器、新型过程装备与工艺设备。重点技术包括单元过程强化技术、新型分离技术、超临界技术、基于微反应器的微化工技术、催化蒸馏、分壁式蒸馏，以及热整合蒸馏等反应工程和过程强化技术。

3.4 加大绿色低碳技术研发应用

加大绿色低碳生产工艺、技术和装备的研发、示范和推广力度，实现产品生产、流通、消费及处置过程全生命周期的绿色发展，进一步增强节能低碳产品的供给能力，减少产品全生命周期碳足迹。

大力发展低碳技术，推动开展碳捕集、封存与利用项目示范等CO2综合利用技术。加快能效提高技术的应用，降低过程碳排放。通过建立和优化石化企业能量系统模型、加强系统内部联动和动态调整等措施，实现能量系统整体能耗降低。

加快石油石化产业数字化技术应用。大力推进石化智能工厂建设。推进工程设计数字化和供应链管理智能化；推进生产运行智能化，重点打造数字化生产环境、生产集成管控体系、全流程模拟和一体化优化体系、智能安全环保管理体系等。推进知识管理和经营决策智能化，加强企业数据仓库和知识库的建设。

加大生物可降解塑料、塑料回收利用等领域的投入。开发绿色、低消耗、可循环使用的石化产品。加速塑料回收和循环利用技术，提高塑料再生利用比例，为传统石化产品积极寻求“绿色标签”。

绿色低碳技术还包括开发汽车轻量化材料、绿色包装材料等，主要是通过材料的高性能化和功能化，减少高耗能产品消费，实现绿色替代。估算结果显示，汽车自重每减少10%，燃油消耗可降低6%~8%，减少CO2排放约4.5%，目前高分子材料已在汽车的保险杠、油箱等多个部件替代了金属材料，微发泡的高分子内饰材料、替代金属的长玻纤增强高分子复合材料、更耐磨更轻的轮胎用胶种等将进一步实现汽车轻量化。

3.5 加快传统与新能源产业融合

加强炼油、销售业务与氢能产业链协同发展。立足重点城市有效需求，拓展内外部氢能应用高端市场，跟踪风电、核电等制氢前沿技术。在发达地区与合作伙伴和关键用户中择优开拓储氢/运氢商业项目。

加强油气与新能源储能融合发展。新材料、新技术推动大规模储能技术发展及成本下降，为风光电储能和传统油气的多能互补、多网融合、协同发展提供了更多可能，形成多元供应体系，保障我国能源供给安全、促进清洁低碳发展。

3.6 加强碳捕集与二氧化碳利用

利用化学和生物固碳技术，深入挖掘行业碳减排潜力。推进二氧化碳制化学品或燃料等关键固碳技术的科技攻关，积极建设先导示范项目并加快工业化进程，推动规模化商业应用。行业企业还可配合其他CCUS、BECCS、植树造林等碳汇技术，帮助石化和其他行业实现深度脱碳，助力工业部门实现碳中和目标。

化学固碳方面，可利用化工装置，实现二氧化碳的化学利用，生产绿色化学品和低碳燃料。CO2可用于生产液体燃料和化学品等多种利用路线，当前以CO2加氢制甲醇路线最为成熟，目前国内已有两套千吨级工业示范装置，但是高昂的绿氢成本依然是主要限制因素。当前绿氢和CO2合成甲醇成本在6 000元/吨左右，是煤制甲醇的3~4倍。若要实现与煤制甲醇平价，则绿氢价格需降至5 000元/吨以下，或者碳汇价格提高至600元/吨。根据《全球氢能观察2021》中提出，若引入碳排成本，假设到2030年碳排成本增长至为50美元/吨（CO2当量），2040年150美元/吨，2050年300美元/吨，可将绿氢与灰氢实现同价的时间提前至2028—2034年。按照以上假设，2030年CO2加绿氢制甲醇成本将降至约3 200元/吨，2040年成本降至1 600万吨/年，考虑到未来煤制甲醇也要增加碳排成本，则两种路线甲醇平价时间点或将处于2030—2040年。

生物固碳方面，利用炼油装置，先以二氧化碳实现微藻的工业化养殖，再用于合成低碳生物燃料。我国仅东南沿海和海南适合微藻饲养，平均每公顷产燃料4吨，考虑可用面积，估计微藻可制燃料约1 000万吨/年。

4 政策建议

4.1 加强顶层设计，防范过剩风险

建立炼化产能市场化调控机制，化解产能过剩问题，推动新旧动能加快转换，同时防范新的产能风险。一是完善产业准入和许可条件。新上石化项目要按照国内领先、国际先进的标准要求，大幅提高安全环保节能门槛，确保新产能的先进性。二是建立市场化退出机制。摒弃简单的一刀切的以产能规模为衡量标准的产能调控方式，提高环保、能耗等约束标准，将能耗和环保评价标准与税费征收相结合，通过市场化手段倒逼低效产能退出市场。三是建立石化企业退出与转型保障机制。新上石化项目实施等量替代或减量替代，重点地区实行减量替代政策，减少重复建设。设立“石化企业关停或转型基金”，将关停石化企业的土地增值收益，以及一定时期内企业关停导致减排二氧化碳的“碳交易”收益等作为资金来源，支持石化企业转型发展，统筹做好“六稳”“六保”。四是建立全产业链产能预警机制。避免炼化产能过剩加剧，同时预防“一窝蜂”转型使产业链下游产生新的产能过剩风险。

4.2 强化环保政策，促进安全绿色发展

国家在简政放权、下放项目审批的同时，要加强事中事后监管，尤其要加强安全、环保等政策落实情况的监管执法，以安全、环保和质量等手段，推动我国石化工业不断提高环境保护力度和水平，实现可持续发展。一是强化区域产业规划中环评的地位。重大项目要以区域安全和环境承载力为基础进行优化布局；严格实施项目建设验收与环评验收，不达标不予验收。二是强化日常安全与环境监管。定期对石化企业的废气、废水、废渣等污染物排放、噪声及安全生产等进行检查，严厉查处违规运行企业，加大违法失信行为惩处力度，监管与问责落实到位。三是建立生态保护的市场化机制。建立严格的生态环境保护制度，提高石化落后产能运营中的环境成本。

4.3 加快构建绿色低碳财税政策，完善绿色金融体系

2019年我国碳排放总量已达98亿吨二氧化碳，建立覆盖主要地区、重点行业、特大企业的碳交易市场，会形成上万亿元规模的特大碳市场，从而有效发挥碳交易市场机制在实现碳达峰与碳中和中的重要作用。

我国减排承诺的总目标实现，必须有税收政策的支持，要使碳税成为新的税种税源，专用于节能减排。对不同排放强度的企业征收差别碳税，鼓励企业碳交易可抵扣碳额度。鼓励对绿色能源企业实行所得税减免，对其绿色贡献予以合理补偿和 激励。

加快构建世界规模最大、国内统一、与国际接轨、清晰可执行的绿色金融标准体系。利用能效信贷、绿色债券等支持节能减排绿色项目，实现绿色复苏、绿色发展。

5 结论

碳中和是一场广泛而深刻的变革，深度脱碳势必对经历了几十年发展、已经具备成熟技术装备的石油石化产业产生颠覆性影响。但能源利用方式由粗放向清洁，能源利用过程由低效向高效，能源利用品种由高碳向低碳甚至无碳转型，将是全球能源发展大势所趋。因此，石油石化行业要顺势而为，行业发展动力要从规模扩张转变为科技创新、绿色发展。转型过程中既要仰望星空也要脚踏实地，关注长期问题的同时也要着力解决面临的现实紧迫问题，锚定目标的同时也要争取最低成本和最少代价。