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产业研究|基于双碳目标的石油炼化产业分析

2022-07-21 09:58来源:海南省绿色金融研究院作者:胡宏海关键词:节能降碳绿色低碳碳排放收藏点赞

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石油是现代社会最为重要的化石资源,被誉为“工业的血液”,是现代工业发展的基石,也是经济快速发展的“金钥匙”。世界石油工业经过百余年的发展,已形成庞大而完整的产业链体系。产业上游是石油勘探、开采及与之配套的专用设备制造及技术服务业,中游储运环节主要负责将油田开采出的原油运输至炼厂,下游为石油炼化行业,炼厂通过一系列的物理和化学加工过程,将原油转化为石油产品和基础化工原料。石油产品以成品油为主(主要包括汽油、煤油、柴油),是现代交通运输的主要动力燃料;基础化工原料主要包括烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯)、芳烃(纯苯、对二甲苯、甲苯)等,可进一步生产数以千计的有机化工中间体、合成材料及精细化工品。因此,石油炼化行业是石油工业和基础化工的关键联接点,由此延伸的石油基化工产品广泛应用于人类衣食住行和工业生产的各个领域。其中,成品油、聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯)、对二甲苯下游需求巨大,是炼厂的核心产品。

(来源:海南省绿色金融研究院 ID:HGFR2018 作者:胡宏海)

根据《高耗能行业重点领域能效标杆水平和基准水平(2021年版)》,炼油能效标杆水平为7.5千克标准油/(吨·能量因数)、基准水平为8.5千克标准油/(吨·能量因数)。截至2020年底,我国炼油行业能效水平优于标杆水平的产能约占25%,能效低于基准水平的产能约占20%。根据《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》的工作目标,到2025年,炼油领域能效标杆水平以上产能比例达到30%,能效基准水平以下产能加快退出,行业节能降碳效果显著,绿色低碳能力大幅提高。也就意味着,目前约30%的产能需要在不超过三年时间内,分批实施改造升级和淘汰。

图1:石油炼化产业链示意图

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资料来源:Wind

一. 行业落后产能淘汰力度不足,原油加工能力过剩

在传统的石油炼制工艺中,常减压蒸馏是原油的第一道工序,又被称为“一次加工”,在炼油厂加工总流程中有重要作用,常被称之为“龙头”装置。常减压蒸馏将原油中的各类物质按照不同的沸点范围切割成不同的馏分,为后续的“二次加工”装置(如催化裂化、催化重整、加氢裂化等)提供原料以制备成品油、烯烃、芳烃等产品。因此,业内通常将常减压蒸馏装置的原油加工能力作为炼厂的生产规模指标。

图2:石油炼制工艺流程

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资料来源:中石化

我国原油加工能力持续提升,过剩规模约7000万吨/年。本世纪以来,伴随经济腾飞对能源的巨大需求,我国原油加工能力得到快速发展,到2021年末已赶上美国,达到9.1亿吨/年,预计2022年仍将延续炼油能力较快增长的态势,有望成为世界第一大炼油国。然而,“十二五”后期中国经济转型调整,下游需求增速难及扩能步伐,原油加工能力存在过剩,导致炼厂装置开工率长期徘徊在70%左右,处于世界末流水平。

与此同时,石油炼化行业发展也存在“大而不强”的问题。一方面,炼厂数量众多但单厂规模相对有限。根据市场公开资料统计,截止目前我国共有225家炼油企业,平均加工规模仅有411万吨/年,远低于全球平均水平(812万吨/年);另一方面,一体化程度偏低,产品结构失衡。成品油出口量快速增长,但基础化工原料及高端化工品自给能力不足,仍需要大量进口。因此,“十三五”期间国家在政策上积极鼓励有条件的民营和外资企业进入炼化行业,冀望通过强化市场竞争的方式,加快落后产能出清、推动产业结构优化升级。在此背景下,形成了以中国石化和中国石油为主导,中国海油等企业为第二梯队,民营大炼化快速崛起,炼化一体化发展新格局。“十三五”,全国千万吨级以上炼厂合计31座,占全国炼油能力的45%,其中中国石化下属炼厂16座,中国石油下属炼厂11座,地方炼厂2座。但是,由于监管缺位等原因,落后产能的淘汰进度不及预期,原油加工能力过剩问题未有实际性缓解。2021年原油加工量产量为70355.4万吨,按世界原油加工业的合理开工率(85%)测算,原油加工能力过剩约7000万吨/年。

图3:中国炼厂数量及能力占比情况

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资料来源:中国石油和化学工业联合会

图4:中国主要炼厂及产能(2020年)

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资料来源:中国石油和化学工业联合

二.碳达峰将加速行业淘汰升级步伐

碳达峰政策明确规模上限,行业淘汰升级步伐加快。随着我国经济增速换挡以及碳中和、碳达峰重大战略的持续收入推进,石油炼化行业将面临需求放缓、政策趋紧等多重考验。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》明确提出,到2025年,国内原油一次加工能力控制在10亿吨以内,这意味着未来3年的净增空间不足1亿吨。作为碳达峰阶段的总体部署,方案内容极可能作为政策硬指标。不过从我们盘点的情况来看,现阶段已获批的在建项目预计新增原油加工能力约1.5亿吨,超额约5000万吨。由于新建项目均已经国家审批通过,整体规模较大且新装置具备技术优势,取消或缩减可能性不大。因此,为落实方案要求,淘汰落后小产能装置的执行力度将比以往更为严格。基于国家和地方可能为后续产业升级保留一定规模指标的考虑,我们预计原油一次加工能力的淘汰规模将达到1亿吨左右,今后三年,行业将进入加速洗牌、产能升级、结构优化、绿色低碳高质量发展的关键阶段。

表 1:2022年以来主要在建炼化一体化项目盘点

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资料来源:根据市场公开资料统计整理

三.从炼油向化工转型已成为行业升级主旋律

“十四五”期间,伴随着我国加快推进技术改造和5G 商用的重大举措,消费市场升级和消费环境的改善,将会为我国整个石油的发展带来重大的发展机遇和市场潜力。

2021年炼油企业加强市场导向,全面推进降本、提质、提量增效,炼油效益创历史最好水平。从全行业水平看,中国炼油企业实现吨油利润约381元,较2020年提高约258元/吨,较2019年提高约199元/吨。汽车油品标准全面进入国Ⅵ标准,2021年7月1日,在全国范围内实施重型柴油车国Ⅵ排放标准,汽车油品标准全面进入国Ⅵ时代,达到欧盟现阶段车用油品标准水平。

长期以来,在广阔的能源消费需求驱动下,我国炼厂的产品结构以成品油为主,基础化工原料生产能力有限。然而,在碳中和、碳达峰背景下,石油、煤炭等传统化石资源在能源供给体系中的地位下降已成确定性趋势,成品油需求即将进入峰值平台期。与之相对的是,化工品尤其是高端新材料需求仍将长期保持增长,而我国烯烃、芳烃等基础化工原料保障能力不足。因此,降低成品油比例,多产基础化工原料已成为行业转型升级的共识之一。按各类化工原料的产量及油制产能占比情况粗略测算,2020年以原油为基础的烯烃、芳烃产出量合计约为1亿吨,占原油加工量的15%左右。随着炼厂工艺流程的优化及原油直接生产化工原料技术的持续发展,预计未来5年化工原料的产出占比将提升至20%以上。炼厂从炼油向化工转型不仅是单纯的产品结构调整,还是向中下游基础有机化工方向延伸,提高产品附加值的过程。但是,在“降油增化”趋势下,基础化工原料也迎来扩能高峰期,产能过剩危机预计将逐步浮现。全面过剩,或将成为炼化行业未来五年的主基调。

四 .先进实践经验介绍

进入“十四五”,石油炼化行业绿色发展面临新的课题,即“碳达峰、碳中和”战略的实施。作为碳排放量居工业领域前列的行业一定要高度重视党中央“双碳”战略的部署,不仅全行业和广大炼化企业立足产业和产品结构的实际,采取切实可行的措施加快碳达峰目标的实现、并向碳中和努力,而且还要充分发挥化学反应技术的独特优势、为碳达峰和碳中和发挥其他行业无法替代的作用。稳妥有序推动炼化行业率先开展节能降碳技术改造,确保政策实施稳妥有序,不断提升能源资源利用效率,确保产业链供应链安全和经济社会平稳运行,逐步实现物耗、能耗和排放达到世界先进水平。

2008年,作为我国批准建设的第一个单系列千万吨炼油项目,中国石化青岛炼油化工有限责任公司(以下简称青岛炼化)始终把节能提效放在绿色低碳发展的首要位置,成为中国石化节能标杆企业、全国石油加工行业“能效领跑”的排头兵。

在不久前中国石油和化学工业联合会发布的“2021年度能效领跑者”的公示名单中,青岛炼化连续第10年以原油加工行业第一名的成绩占据第一,创造了原油加工行业能效领跑奇迹。青岛炼化单位产品能耗为6.49千克标准油/吨·因数,优于标准先进值0.51千克标准油/吨·因数,优于标杆水平1.01千克标准油/吨·因数。

青岛炼化先进节能降碳做法包括绿色工艺技术、能量系统优化、公辅设施改造、能源管理提升四个方面。

绿色工艺方面主要是多措并举加强节能技术改造。实施减压塔顶第三级机械抽真空改造、离心压缩机3C控制系统改造、往复压缩机无级调量控制系统改造、循环水系统整体优化、重整四合一炉余热回收系统改造等100多项节能技改项目,节能量超过88万吨标准煤。

能力系统优化是利用系统优化和先进控制提高整体能效。利用Petro-SIM、Aspen Plus等流程模拟软件定期开展单装置操作优化、多装置联合优化及蒸汽、瓦斯和氢气等公用工程系统优化,装置间直供料率由70%提高至90%以上,有效利用全厂低温位热能。大力推行先进控制系统(APC),实现主要生产装置先进控制覆盖率80%以上,保障装置安全、平稳、优化运行。

公辅设施改造方面主要是开展区域资源联合优化。与周边化工企业开展蒸汽、氢气互供合作,年外供蒸汽约85万吨,有效解决蒸汽过剩问题。接收化工企业副产氢气约3000吨,年降低制氢装置能耗2000余吨标准煤。

能源管理提升主要体现在创新能源管理方面。通过加强节能领导小组管理,实行“渐进追赶能源管理模式”,加大节能培训与宣传力度,强化能效对标渐进追赶管理。完善节能动态奖惩机制,加强节能诊断,持续提升能效。

未来,我国炼油工业仍需持续淘汰落后产能、优化产业结构、实现做优做强和绿色低碳高质量发展。


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