领读笔记 | 《石化化工、水泥、电解铝行业上市公司碳排放现状和转型分析》第三章——石化和化工行业转型路径
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2025-01-27 12:33
宁夏
高碳行业的低碳转型是我国实现碳达峰碳中和目标的关键和难点所在。明确企业碳排放来源，了解企业碳排放现状，是评估企业未来的碳减排措施是否准确、企业转型路线规划是否合理的基础。同时，行业和企业的低碳转型、可持续发展及投融资需求也受到资本市场的广泛关注。在第一期报告《煤炭开采、燃煤发电、钢铁行业上市公司碳排放现状和转型分析》的基础上，清华大学五道口金融学院绿色金融研究中心（CGFR）撰写了《石化化工、水泥、电解铝行业上市公司碳排放现状和转型分析》研究报告（以下简称《报告》），进一步对石化、化工、水泥、电解铝四个高碳行业进行分析。《报告》整理并分析了企业和行业的碳排放现状，识别了企业的可持续活动，评估了企业可持续信息披露的现状。同时，《报告》对企业实现碳达峰碳中和目标的转型路径进行分析，分别从产能、工艺、提高能效、能源替代四个方面总结了企业的转型路径。“CGFR领读笔记”系列推送将提炼《报告》核心知识点，帮助大家快速阅览、掌握核心内容。今日阅读第三章“石化和化工行业转型路径”的相关内容。快来与小编一起学习、共同进步吧！
“1+N”政策框架对石化化工行业的减碳路径和措施做出了具体指引，提出了具体的目标和任务。同时，工业和信息化部等六部委发布的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》，也提出了相关指导意见。总体来说，政策文件主要从石化能源的消费、产能调整、能源体系建设等几个方面展开，整理如下表所示：表3.1 “1+N“政策文件中关于石化化工行业的相关细则石油全生命周期的碳排放可分为开采、炼化和消费三个主要环节，其中最大的碳排放源以及隐含碳流动主要 来自炼化企业加工成品油的燃烧。因此，应着重关注炼化环节中的碳减排技术。图3.1和图3.2分别为石油、天然气的行业全生命周期碳排放图。由图3.1可知，炼化环节主要包括一次加工的蒸馏工艺等，二次加工的催化、加氢以及重整等，以及三次加工的裂解工艺等技术。其中炼化环节中的二次加工会产生焦炭等副产物，而焦炭燃烧造成的隐含碳排放占46%，居第一位，因此，需要重点关注二次炼化加工过程中的碳减排，同时提高焦炭的利用率，降低炼化环节的隐含碳排放。![]()
图3.2 天然气行业全生命周期碳排放图
根据图3.2的天然气行业全生命周期碳排放可知，上游生产产生的排放量约占生命周期排放量的14%，而输电和配电阶段分别占3%和1%，主要碳排放环节是天然气的使用，占82%。《报告》提出，从广义上，减排的三个主要手段主要有能源替代、节能减排、碳捕集利用与封存。具体如下图所示。我国2020年的炼油加工总能力约8.9亿吨，实际原油加工量6.7亿吨，炼厂的平均开工率为66.2%。不论是政策指引还是相关研究均表明，在炼油领域，目前产能过剩。在化工产品，乙烯及下游高端石化产品的需求将保持一定增长。因此，需要实现炼油和化工错时达峰，科学规划石化产业发展。在工艺方面，《报告》重点介绍炼化、用氢和CCUS几个技术。![]()
图3.4 炼化环节碳排放占全部化工碳排放比例（来源：CEADS）炼化环节是整个石化产业链中排放较大的环节。在炼化行业，采用一系列先进的技术和措施，通过改进工艺和设备，提高生产效率，以实现减碳目标。例如，原油催化裂解通过高效的裂解工艺，减少对传统高碳能源的需求，降低碳排放；而浆态床双氧水技术通过氧化废水中的有机物，避免了采用传统高碳能源进行处理的方式，减少了二氧化碳的排放。两种技术都提高了资源利用效率、降低碳排放，实现炼化过程的低碳化。由于低碳能源和可再生能源（如由太阳能产生的绿电、氢能、生物质能等）目前还无法完全替代化石能源，含碳能源使用仍不可避免。此外，能效提升、工艺流程改进可一定程度上降低生产过程碳排放，材料循环利用可一定程度上实现全生命周期碳减排，但这些减排手段还不足以实现净零排放。因此CO2捕集、利用、封存（CCUS）技术是实现净零排放的关键技术。CCUS技术是将二氧化碳从排放源中富集、分离、提取、高效封存、固化或资源化利用的过程，CCUS技术作用通过CO2捕集，将其与绿氢生产合成气(CO和H2)、甲醇、尿素或其他高附加值低碳化学品，为含碳能源的使用提供了一种关键的减排和转型途径。（数据来源于《中国 CCUS 技术发展趋势分析》）发展“绿氢化工”是石化化工行业实现深度脱碳的重要举措。绿氢炼化是指在新能源安全可靠的基础上，利用电解水制氢取代传统化石燃料制氢，可大幅减少化石能源利用和CO2排放。此过程中，以绿电和绿氢为主要能源来源，对炼化工艺流程和生产装置进行改造提升。其目标是通过生产更多绿色低碳石化产品，推动整个石化工业向净零排放方向迈进。这一发展方向旨在使石化行业在能源利用和生产方式上更加环保可持续，为实现净零排放做出积极贡献。组分炼油。由于原油开采工艺繁琐，设备消耗量大，因此也造成大量的二氧化碳排放。所以需要提高针对原油的利用效率，例如组分炼油技术。采用先进的分离技术对原油或其不同馏分进行烃组分分离，然后对分离后的组分进行炼制。生物质制油。从源头控制石油行业碳排放，可以将生物质等固废产品进行再利用，进而生产高值化石油产品。生物质制油是在热化学转化中，生物质利用热量分解为液态油或合成气，并升级为燃料。从整个石化行业的角度来看，提升能效并推动减碳在生产过程中至关重要。这主要包括进行装置的节能升级改造、流程的优化、采用新的节能技术，以及充分利用热回收等措施。以炼化环节为例，《报告》总结了可以提高能效的减排技术。《报告》指出，在基础化学品的生产中，蒸汽裂解装置扮演着至关重要的角色。因此，电气化替代也是石化工业实现碳中和的重要路径，大规模用绿电替代煤炭、石油和天然气等化石能源，可有效减少对化石能源的依赖，进一步降低碳排放强度，有利于石化行业实现碳中和。但电气化的应用场景有限，在中低温供能方面，采用绿电进行电气化是最优选择。在高温供热方面，电气化往往难以有效整合。此时，绿氢成为优选替代品，可作为化石燃料的替代品。化工行业产品门类多，这里主要选择乙烯和甲醇作为化工行业的代表性产物，进行减排路径分析。目前乙烯的主要制取方式为蒸汽裂解，每生产1吨乙烯，产生1.56吨二氧化碳当量。具体减排路径包括：（1）使用新型裂解反应器线圈材料，例如富铝合金。金属合金基材中的铝在内表面形成一层薄薄的、惰性的、稳定的氧化铝层，防止催化焦炭形成，最终导致焦化率降低约25%。较少的除焦频率意味着每个生产单位的燃料消耗和二氧化碳排放量都会减少。（2）流体催化裂化（FCC）：与传统的蒸汽裂化工艺相比，FCC工艺的运行温度较低，进而减少二氧化碳排放。（3）CO2电化学转化为乙烯。该法的成本估计约为70欧元/公吨二氧化碳/年。目前中国的乙烷乙烯裂解装置的资本成本是美国的50-70%。（4）天然气制乙烯（NTO）：由此路径制造的乙烯产品比传统的煤制乙烯（CTO）和油制乙烯（OTO）附加值高，最终价值可达到219.77美元/吨CO2。且NTO的生态效率分别比OTO和CTO高30.2%和176.6%。并且与其他两种技术相比，NTO具有较低的生命周期温室气体排放（2114.9kgCO2eq/t）。总结来说，《报告》总结了石化化工行业的减排路径，如下表所示：![]()
《石化化工、水泥、电解铝行业上市公司碳排放现状和转型分析》研究报告（以下简称《报告》）于第二届“清华五道口金融支持行业低碳转型论坛”上正式发布。《报告》整理并分析了企业和行业的碳排放现状，识别了企业的可持续活动，评估了企业可持续信息披露的现状。同时，《报告》对企业实现碳达峰碳中和目标的转型路径进行分析，分别从产能、工艺、提高能效、能源替代四个方面总结了企业的转型路径。清华大学五道口金融学院讲席教授、绿色金融研究中心（CGFR）主任鞠建东为课题总顾问。清华大学气候变化与可持续发展研究院副研究员董文娟，清华大学能源环境经济研究所副教授张达，中国水泥协会副秘书长范永斌，中国石油和化学工业联合会副处长李淼为课题顾问。清华大学五道口金融学院绿色金融研究中心（CGFR）高级研究专员黎菁博士为课题负责人，清华大学能源环境经济研究所博士后曲洋、清华大学公共管理学院博士陈励业、清华大学五道口金融学院博士后李庆涛为课题组成员。欢迎大家阅读《石化化工、水泥、电解铝行业上市公司碳排放现状和转型分析》。
编辑 | 杨粟裕
审核 | 黎 菁
联系方式 | greenfinance@pbcsf.tsinghua.edu.cn；
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清华大学五道口金融学院绿色金融研究中心(Center for Green Finance Research, PBC School of Finance, Tsinghua University，简称“绿金中心”或“CGFR”)正式成立于2018年底，致力于绿色金融和可持续金融领域的学术与政策研究、工具创新、产研结合与国际合作，是我国成立最早、与国际合作最密切、具有世界一流水平的绿色金融研究平台。清华大学五道口金融学院讲席教授鞠建东现任中心主任。伴随国家“双碳”发展战略全面推进，CGFR将全力以赴服务于国家战略、世界发展，在碳中和实现机制与路径、环境气候风险分析、绿色和可持续金融标准开发、绿色金融基础设施、科技赋能碳中和、转型金融、绿色金融产品创新、ESG投资研究、生物多样性与金融稳定关联关系等重点领域开展研究，支持国家相关部委、金融监管和头部金融机构的政策制定和战略规划。
