丝绸之路核心区从绿氢到绿碳的碳中和演进研究路线设想

田 宁 阎立军 赵浩舸

(1.克拉玛依市先进能源技术创新有限公司,新疆维吾尔自治区 克拉玛依 834000;2.克拉玛依市先进科技联合研究院,新疆维吾尔自治区 克拉玛依 834000)

地处亚欧大陆腹地的新疆,作为中国西部资源进出的大通道,是丝绸之路经济带核心区的西北地区,具有独特的地缘优势［1］。其与俄罗斯西伯利亚、蒙古和中亚五国毗邻,地理位置优越。石油天然气资源丰富,煤炭,粮食,有色金属和木材等资源丰富。可耕土地面积广阔,资源需求互补性极强,未来增强合作、经略亚欧和拓展格局的战略空间较大。

1 新疆产业发展基础

1.1 空间区位

新疆位于我国西南部,边境线长5 600余km［2］,是我国在世界上面积最大、国界线最长和邻国最多的省级行政区。周边与俄罗斯、哈萨克斯坦等8个国家接壤。现有国家级一类口岸20个,是建设丝绸之路经济带的重要窗口。新疆地处欧亚大陆腹地,是新亚欧大陆桥和中亚经济发展长廊的重要枢纽,同时其又地处丝绸之路经济带的核心区域,是我国重要的沿边开放区［3］。独特的空间区位将新疆的资源优势更好地结合在一起,连接全球资源,不仅具备贯通东西方的功能,还具备整合长板、全方位发展的作用。

1.2 资源禀赋

中北亚区域是相对于东南亚、东北亚而言的次区域,范围包括中国新疆、俄罗斯西伯利亚各州及中亚五国相关地区等。这片区域山水相连、人文相近、经济相依和民情相通,构成独特的政治经济文化地理空间。该区域拥有丰富的石油、天然气、煤炭、有色金属和生物质等资源,其中每年石油产量约5亿t,天然气产量约5 000亿m3,粮食产量约2亿t,铀、铜、黄金、锑、锡和汞等矿藏资源居世界前列。加强我国新疆与俄罗斯西伯利亚区域、中亚五国的能源资源合作,对打通中北亚区域能源资源通道、保障我国能源安全具有重要作用。

(1)俄罗斯西伯利亚地区地域广阔,资源丰富。拥有天然气、石油、森林和煤炭,有色金属和稀贵金属,秋明州仅油田远景储量就达600亿t。木材蓄积量占整个俄罗斯的75%;石油储备量占50%;煤炭占70%;天然气占80%。此外,西伯利亚富藏世界上几乎所有已发现的矿物资源,储备尤以铁、铜、铝和锡为突出［4］。西伯利亚位于我国新疆周边,其包括6个行政区:克麦罗沃州,阿尔泰边疆区,秋明州,新西伯利亚州,鄂木斯克和托木斯克州［5］。经济发达,西伯利亚是俄罗斯最大的石油工业基地,同时也是第二大煤炭基地和第三大黑色冶金工业中心［6］。

(2)中亚五国化石、矿产资源丰富。中亚五国为能源资源富集区,蕴藏着丰富的石油、天然气、煤炭和有色金属等资源。石油探明储量约为42.2亿t。产量约1亿t,其中,哈萨克斯坦石油储量约为40.5亿t。年产量约8 600万t。天然气储量约16.7万亿m3。产量约1 600亿m3,其中,土库曼斯坦天然气储量达13.6亿m3以上。年产量约817亿m3。矿产资源方面,中亚铬、铜、铝、锑、金等矿种储量居世界前10位。其中,铬、铜储量约8 000万t、4 000万t,年出口量分别约100万t、330万t,一半以上向我国出口。

(3)新疆具备相当独特的水、土、光、热资源和多种矿产资源,新疆也是煤油和柴油生产量最大的出产地,是中国主要的能源出产地,且天然气资源量最具自身优势,开发前景广阔［7］。目前,已发现138种矿产,占中国已发现矿产总数的80.7%。已探明储量的矿种有96种5种矿种储量居全国之首。另有27种储量分别居全国前5,41种储量分别居全国前10［8］。新疆石油、天然气和煤炭资源相当丰富,富含金属资源,比如,煤、铁、铜、金、铬、镍和稀有金属等,富含非金属资源,比如,盐、矿产和建筑材料等［9］。传统能源优势上,新疆资源丰富,根据国家统计局数据,新疆石油基础储备量为5.96亿t,占全国石油资源储备比重17.2%;天然气10251.78亿m3,占全国天然气资源储备比重18.86%;煤炭储量为174.10亿t,占全国煤炭资源储备比重6.99%［10］。2021年全疆原油产量2 992万t,天然气产量387.59亿m3。生产原煤31 991.85万t。新疆拥有得天独厚的水土光热资源。在特色农业领域中优势发挥突出。水资源在我国国内总资源量中所占比重约为3%。达到了平均为834亿m3［11］。

1.3 产业分析

丰富的资源禀赋奠定了新疆发展特色产业的底气。新疆已初步形成了以石化化工、电力和有色金属等资源密集型产业为支撑,纺织服装、电子产品组装和农副产品加工等传统产业及新材料、新能源等新兴产业融合发展的产业格局。其中,石油化工产业是新疆重点发展的支柱产业之一。2020年石化和煤化工产业实现产值3 000亿元,占全区规模以上企业的34%。新疆2021年原油产量2 992万t。其中约70%疆内就地加工、约30%通过原油管网输往其他省份。2021年新疆炼油能力占全国的3.9%,为3 000万t;烯烃乙烯生产能力占全国的6.4%,为215万t;对二甲苯(PX)生产能力为100万t,占全国的5.9%;聚氯乙烯(PVC)生产能力占全国的20%,为300万t。

1.4 产业发展主要问题

(1)新疆地质构造复杂,油气埋藏较深。大量新探明油气资源的埋藏深度达到4 000～7 000 m以上,最深勘探井钻至7 601 m完钻。储层超深、超高压高温等多重极限难题造成勘探开发工作更加艰难。稠油储量多、黏度大。风城油田超稠油黏度大于5万厘泊,开采工艺复杂,对技术和装备要求更高,大大提高了开采成本。

(2)近年来,全球原油品质变差的趋势明显,含硫原油总产量中所占比例超过75%。中国通过中哈原油管道进口的原油大部分为含硫的中重质原油。常规炼厂焦化能力约占一次加工能力的20%,新疆克石化、塔河炼化的焦化能力约为50%～70%,加工的产品中黑色产品多、干气多、液收低、油品中烯烃芳烃多和质量差,高硫石油焦难处理,对炼厂处理能力及经济效益是极大的挑战。

(3)原油、煤炭等化石资源清洁开采利用等技术瓶颈亟待突破;现有炼油化工装置产能受原料不足和重劣质化影响较大,现有产能并未得到有效发挥。新疆独石化、乌石化炼油能力近2 000万t,实际生产约1 300万t/a,加工负荷仅65%。产业链上下游配套不齐全,产业配套服务、设备采购和原辅料供给存在短板,给新疆产业发展带来较大难题。

(4)由于季节轮换,新疆水资源的时空分布存在较大的不均衡。地表水面积广大,蒸发量巨大。大多数区域的水资源主要用于满足农业和家庭需求,而用于工业生产的水资源相对不充足。2020年,炼油和现代煤化工行业取水量分别达到8.3和12.9亿。而在煤化工产业中,煤制油、煤制烯烃和煤制甲醇单位产品所需的用水量大约是9.4 m3/t、20 m3/t和10 m3/t［12］。而石油化工产业中原油加工耗水量仅为2.37 m3/t。

2 对新疆产业发展的思考

“双碳”目标吹响了能源变革号角,让传统化石能源面临巨大减碳转型压力。化石能源如何清洁高效利用,提高效率并降低排放,与可再生能源行业的耦合发展是新的挑战和机遇。新疆拥有大量的化石能源、生物质资源和新能源潜力,拥有雄厚的产业基础和区位交通等优势条件,同时,丰富的太阳能资源和独立的电网系统提供了一个理想的平台,对气、风和光三种能源发电项目进行优化组合和调度。作为丝绸之路经济带重要节点的新疆,更应该坚定乘势而上的信心和决心,保持攻坚劲头和昂扬斗志,抢抓碳达峰、碳中和的窗口期和机遇期,以绿氢、绿碳(生物质)的关键技术创新与应用为核心,依托我国新疆及中北亚地区丰富的资源和产业结构,构建丝绸之路核心区从绿氢到绿碳的碳中和演进路线的战略布局。

(1)推动化石资源高效利用。新疆范围内的重质油资源大约每年大约有1 500万t,因难以加工而无法高值化利用。采用重油浆床全转化加氢解构工艺。开展劣质重油改质提升项目,发展芳烃化学品及新材料、碳基新材料等高附加值产品,解决传统重质油加工过程中环保压力大,轻质油收率不高的问题。有效提高加工深度与产品品质。未来油品品质将持续提高,氢碳比增加,油品标准中的烯烃和芳烃含量不断下降,需要开发符合原子经济性的分子重构反应路径,积极开展加氢异构脱蜡、加氢异构降凝和加氢选择开环等高液收、高品质油品生产技术,一方面丰富新疆石化产品种类,提高其附加值,另一方面制备低凝固点、高黏度指数的油品,逐步实现就地加工转化劣质资源,综合利用高附加值。

(2)在碳达峰的目标下,实现氢能源的革命。石油石化行业用电稳定性较好,吸纳新能源能力较强,增量配网接入较为便利。同时,石油化工一直是重要的氢气应用领域。发展“绿绿氢”是实现石化行业深度脱碳的重要举措。加快新疆新能源大基地建设,充分利用风光电等清洁能源,推动重点领域节能降碳改造升级。优先采用可再生能源制氢,深化炼化和绿氢耦合示范工作。提高资源绿色加工水平。积极探索油气开采和炼油化工过程中的碳捕集、封存与利用(CCUS)新模式,探索二氧化碳—油田增产技术攻关,努力实现有效益的原位CCUS。

(3)碳中和压力下的碳源呈现绿色。从目前的产业模式和技术发展来看,实现“双碳”目标,能源结构转型是重要途径。全面提升生物碳的使用比例,构建生物基化工产业是实现碳中和的重要手段。新疆作为我国向西开放“一带一路”的桥头堡,与俄罗斯、哈萨克斯坦等国在生物质能源化工产业的发展方向上达成多项共识。引进国内外先进生物技术进行消化吸收。重点依托我国新疆及中北亚地区丰富的生物质资源和石油化工产业基础,建设中俄哈三国农业和生物质能源化工合作区。探索发展生物能源燃料、生物基聚合物和生物基化学品等生物基化工产业链,打造清洁低碳绿色的现代化能源体系,建设生物化工产业园区。

3 结语

我国新疆具有独特的地缘优势,其周边资源丰富,并以此为基础建立了以资源密集型产业为支撑,新兴产业融合发展的产业格局。与此同时也存在着地质构造复杂、开发困难、技术瓶颈待突破和科技创新不足等各种问题。通过推动化石资源高效利用、氢能源革命和构建生物基化工产业等方式,必将推动绿色可持续发展,实现从绿氢到绿碳的碳中和演进路线。