石油化工行业碳排放现状分析及低碳技术发展路径研究

引言

石油化工行业既是现代社会化工原料和燃料的主要供应者，也是全球 CO ₂排放的重要来源。据统计，石化行业碳排放约占世界能源相关总排放的 10%-12% ，在中国则高达15% 以上。随着“双碳”目标提出，行业面临转型升级的重大挑战与机遇。石化企业不仅要保障能源和化工品的稳定供应，还要在减排、降本和增效之间取得平衡，实现绿色、智能和安全生产。为此，亟需深入分析各生产环节的碳排放特征，厘清排放重点与潜力点，系统评估现有低碳技术的适用性与经济性，并通过多层次、多维度的协同创新路径，推动产业链整体向低碳化、数字化和高端化方向发展。

一、石油化工行业碳排放现状及结构分布

全球石油化工行业的碳排放主要来源于炼油、蒸汽裂解、加氢处理、催化裂化和分离精制等过程。炼油装置中的重油延迟焦化、加氢裂化产生大量燃料气和尾气，CO ₂排放量占本体排放的30% 以上；乙烯、丙烯等轻烯产品的蒸汽裂解环节因高温裂解炉燃烧天然气或燃料油，排放量占总排放的 20%-25% ；催化裂化装置通过热裂化与催化循环，排放约 15%；而各类精馏塔在分离轻烃、芳烃及精细化工中消耗大量蒸汽，贡献约 20% 的间接碳排放。此外，电力和氢气制备过程也会产生上游碳排放。中国石化、中国石油等大型集团近年在“双控”政策引导下逐步披露排放数据，整体碳强度虽呈下降趋势，但以老旧装置为主的中小型企业改造进度缓慢，减排潜力尚未充分释放。对比欧美和中东部分国家的先进示范装置，高效锅炉、低 N0_x 燃烧技术、余热锅炉系统等在新建装置中已普遍应用，而在老装置改造以及过程集成层面仍有较大提升空间。

二、能耗优化与过程集成技术

针对高耗能环节，能量系统优化与过程集成是首要突破口。先进的 Pinch 分析与热网络优化可实现蒸汽与热油系统的内循环与最优匹配，将热力资源最大化回收再利用；同时，引入有机朗肯循环（ORC）、中低温余热发电技术，将化工尾气余热转化为电力和工艺蒸汽，可在年运行工况下降低工厂自备动力能耗5%左右。催化裂化与蒸汽裂解装置之间，通过中间馏分直连或热耦合，可进一步提高能效，减少重复加热与冷却。与此同时，将反应后的高温尾气热与分离单元蒸馏塔的再沸器热需求进行耦合，可实现系统级热量回收。另有研究表明，多效蒸发与膜分离技术在石脑油脱蜡、烯烃精馏和芳烃分离中替代单效蒸馏，能耗可降低 20%-30% 。以壳管式换热器、螺旋板换热器和微通道换热器等先进换热单元，实现反应和分离热量的精准管理，为新旧装置改造提供技术支撑。流程模拟和数字孪生平台的引入，使得能量系统优化由静态设计向在线动态优化转变，结合模型预测控制（MPC）和实时能耗监控，可进一步提升节能效果并保障安全运行。

三、原料替代与绿色氢能应用

氢气在石化加氢精制、异构化和芳烃加氢中被广泛使用，传统制氢依赖天然气重整，产生大量 CO ₂。发展可再生能源制氢（如风电、光伏制氢）及电解水制氢，并通过管网或液化氢供给装置，是实现低碳加氢的核心路径；同时，利用副产烃气和生物质气化制氢，可在区域能源网络内实现碳循环。此外，二次原料如C ₁化学，以及工业尾气（如焦炉煤气、炼焦气）与生物质衍生碳氢化合物的协同利用，可降低新鲜化石原料消耗。通过建设氢能示范园区与“电- 化- 储”一体化系统，还可进一步促进可再生电力消纳，并推动甲醇、乙醇、氨和液态有机氢载体（LOHC）等氢载体的产业化应用，实现化工原料的清洁替代与长距离运输。在此基础上，基于区域氢气管网互联互通和多能互补的模式，将绿色氢能与CCUS、氮氢合成、烯烃深化转化以及 Power-to-X 技术耦合，能够显著提升低碳效益并增强石化园区的整体能源安全性和抗风险能力，同时为打造碳中和工业生态系统提供坚实支撑。

四、碳捕集、利用与封存（CCUS）技术

对于难以通过工艺优化消除的固定源排放，CCUS 成为补充减排的重要手段。化学吸收（MEA 等胺溶剂）、物理吸附（胺基化固体吸附剂）、膜分离（聚合物与无机膜组合体系）与低温分离（冷凝／结晶回收）技术在炼厂烟气、加氢尾气中的 CO ₂捕集效率可达到90% 以上；捕获的CO ₂可用于化学合成（如合成甲醇、甲烷、碳酸盐）、矿化固定（镁钙矿化床）以及地质封存（油田EOR 与深层咸水层），并在装置尾气余热驱动下实现碳源循环利用。国内外大型示范项目（如挪威的 Sleipner、美国的 Petra Nova，以及我国的漳州海上 CCUS 示范）已验证了技术经济性。通过优化吸收剂再生能耗与膜分离通量、发展低温近零排放吸附 / 解吸一体化工艺，并将 CCUS 与原料气化装置、合成气制备及循环经济平台结合，可形成“CO ₂—中间体—化学品—封存”的协同链条，实现产业集群内的

碳闭环管理，增强区域能源与工业安全。

五、数字化、智能化与生态协同发展

数字化和人工智能正逐步改变石化行业的生产方式。在线监测与智能优化系统可实时跟踪各工艺段碳排放量，利用大数据与机器学习模型预测设备状态并自动调整温度、压力和催化剂用量，实现最优碳足迹和最低能耗。数字孪生平台可对装置运行进行虚实结合仿真，提前识别瓶颈并反馈优化方案。同时，构建区域级“工业互联网 + 碳管理”平台，通过边缘计算与区块链技术，实现装置间、企业间数据互联，确保能源、原料与产品在石化、化工、电力及交通等行业间的跨部门协同利用与精细化调度。生态协同发展则强调石化园区与周边城市、农业、渔业等产业的“工业—生活—农业—渔业”循环，通过余热用于温室大棚、污水余热回收发电与废弃物（如催化剂废渣、生物质残渣）资源化，打造“零碳园区”或“碳中和示范区”。这种多能互补、产业协同的绿色石化园区模式具有可复制性，为实现区域整体低碳发展提供了创新范本。

结论

石油化工行业碳排放的现状表明，炼油和化工生产环节的能耗与过程排放仍是主要减排突破口。通过能量系统优化、过程集成、绿色氢能与原料替代、CCUS 以及数字化智能管理等技术路径的综合应用，可在新建装置及老旧装置改造中释放巨大的减排潜力。未来应构建“装置技术—园区协同—区域生态”三级联动的低碳发展格局，完善政策激励与排放交易机制，加大对关键技术创新与示范项目的支持力度，并培养跨学科复合型人才，推动行业实现2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的总体目标。

参考文献

[1] 张蕊 , 谢美娟 , 郭丽欣 . 我国产业园区绿色低碳发展标准化现状及建议 [J].标准科学 ,2024,(12):67-72.

[2] 张凌凡 , 李爱民 , 周建国 . 欧美重化工业碳排放管理策略及对我国的启示 [J].江苏行政学院学报 ,2024,(06):50-56.

[3] 周常行 . 煤化工企业绿色低碳转型发展路径及战略研究刍议 [J]. 中氮肥 ,2024,(06):1-5.DOI:10.16612/j.cnki.issn1004-9932.2024.06.009.