全球对可持续能源的推动加速了低排放、高效炼油技术的发展。 由于世界的目标是减少温室气体排放和应对气候变化,炼油业正在采取创新办法应对这些挑战。 这一部门占工业二氧化碳产出的很大一部分,现在面临着来自政府、投资者和社会的越来越大的压力,要求它们去碳化而不牺牲现代经济所依赖的燃料和石油化产品。 作为回应,炼油厂正在重新考虑从原料选择和工艺设计到能源管理和废物处理的每个阶段,结果出现了新一代技术,这些技术有望使炼油厂更清洁、更聪明、更有利可图。

精炼中的新兴技术

几种尖端技术正在塑造炼油的未来,其中包括先进的催化工艺、数字自动化和碳捕获系统。 这些创新旨在提高效率,同时最大限度地减少环境影响。 在这些核心领域之外,炼油厂还在探索蓝色氢生产、工艺热电气化、溶剂分离、气体净化膜技术以及回收废能源的热融合网络。 这些方法共同构成了降低整个炼油厂生命周期排放的多管齐下的战略。

高级催化过程

新的催化工艺使炼油厂能够更有效地转换原油,减少能源消耗和排放。液化催化裂裂解和水分裂裂解等技术正在得到优化,以提高性能和降低环境足迹。 最近在催化剂设计方面取得的进展,如使用分级的 ⁇ 、金属有机框架和单原子催化剂,提高了选择性和降低了煤化程度。 这些催化剂可以在较低的温度和压力下运作,减少能源使用和资本成本。此外,炼油厂正在探索植物油和动物脂肪等生物原料,这些原料可以在氟化碳单位中共同加工,以生产可再生柴油和可持续航空燃料。 这不仅减少了生命周期的排放,而且还使产品板块多样化。

数字自动化和数据分析

数字工具可以实时监测和优化炼油操作。数据分析可以提高工艺效率、减少浪费并帮助预测维护需求,从而导致更可持续和更具成本效益的操作。Things(IOT)互联网将数千个传感器连接到一个精炼厂、流温、压力、流量和成分数据。机器学习模型分析这些数据,以发现异常、优化反应堆条件和预测设备故障,然后导致意外停产。数字双胞胎 — — 物理植物的虚拟复制品 — — 以模拟原料、产品需求或能源价格的变化并相应调整操作。早期的采用者报告能量强度降低5—15%,维护成本降低10—20%。 这些收益直接转化为每桶处理的排放量降低。

碳捕获和储存(碳捕获和储存)

CCS技术在到达大气层之前捕获炼油工艺产生的二氧化碳排放,这一技术对实现净零排放目标至关重要,并正在纳入新的炼油设计。使用矿溶剂的燃烧后捕获是最为成熟的方法,但新的溶剂和吸附剂——如碳酸钾、离子液体和金属有机框架——的低能惩罚。燃烧前捕获,燃烧前从合成气体中清除碳,以及产生二氧化碳流的氧燃料燃烧,这些气体燃烧也正在开发中。捕获的二氧化碳可以储存在深盐含水层或耗尽油气库中,或者用于强化石油回收(EOR),并生产合成燃料、化学品和建筑材料。全球CCS研究所报告,目前全世界有30多个商用CCS设施在运行,其中还有更多的设施在管道中。

CCS部署方面的挑战

尽管取得了进展,CCS仍面临资本成本高、能源需求高以及需要专门的运输和储存基础设施的问题。 政策支持 — — 如美国45Q税收减免和欧盟创新基金 — — 在去风险化项目中一直至关重要。 炼油厂也在探索碳捕获利用(CCU),以此从CO2中获取收入,比如将其转化为甲醇、聚合物或碳酸盐。

额外的低排放技术

二氧化碳浓缩厂、数字化公司和二氧化碳捕获和储存系统是主要技术。 二氧化碳捕获和储存系统产生的蓝色氢气同样具有变革性。 利用再生电的加热器和氢气可以提供清洁燃料 — — 特别是在风能或太阳能丰富的地区 — — 消除燃烧的直接排放。溶剂提取和膜分离为分离碳氢化合物提供了低能替代。 热回收网络,包括有机兰金循环,可以捕捉废热并转化为动力。 这些技术结合起来,可以使炼油厂的碳足迹比常规操作减少30-60 % 。

挑战和机遇

尽管这些技术提供了有希望的解决办法,但挑战依然存在。 成本高、技术复杂和监管障碍可能减缓采用速度。 然而,潜在的环境和经济效益为持续创新和投资提供了强大的动力。 国际能源机构(IEA)估计,炼油部门需要到2030年投资2000亿美元以上,以适应净零路径。 关键障碍包括现有资产寿命长(30-40年 ) 、 技术工人需要操作先进的数字系统、碳定价和排放监管的不确定性。 在机会方面,早期移动的炼油厂可以获取低碳燃料的市场份额、保值产品价格以及吸引以环境、社会和治理为重点的投资者。

政策和市场驱动力

英国政府的政策正在加速转型。 欧盟的排放量交易系统(EU ETS)现在将碳的价格超过每吨80欧元,使减排成为经济当务之急。 美国的《通胀削减法案》为CCS、清洁氢气和可持续航空燃料提供了慷慨的税收抵免。 加拿大的《清洁燃料条例》和联合王国的低碳燃料标准创造了对低碳汽油和柴油的需求。 这些政策为精炼者投资低排放技术提供了明确信号。 此外,公司气候承诺,包括“竞速到零”运动,推动精炼者制定科学目标。

协作和知识共享

没有一个公司能够单独解决炼油厂去碳化的挑战。 工业联合体 — — 如石油和天然气气候倡议(OCCI ) 、 清洁能源部长的CCUS倡议以及氢理事会 — — 促进了研发合作、试点项目和最佳做法。 公私合作伙伴关系 — — 如挪威的长船CCS项目和联合王国的Humber Zero倡议 — — 表明政府和工业如何联合为大型基础设施融资。 知识共享有助于减少重复努力,加快技术商业化。

未来展望

炼油技术的未来面向可持续性和效率。 随着研究的进展,我们可以期待更完善的解决方案能够平衡能源需求与环境责任。 工业、政府和研究人员之间的合作将是加速这一转型的关键。 近期(2025–2030年),我们将看到二氧化碳捕获和储存改造项目部署范围更广,可再生原料的共处理范围扩大,以及数字双胞胎的采用,以进行实时优化。 到2035–40年,电气化加热器、膜分离器和先进生物燃料可能成为标准,而从捕获的二氧化碳和绿色氢中产生的氢和合成燃料(e-feel)可能开始取代化石衍生产品。

低排放、高效技术的融合将在创造可持续能源环境、支持经济增长同时为子孙后代保护环境方面起到至关重要的作用。 接受这些创新的炼油厂不仅能经受住能源转型,而且能作为净零经济中的关键角色而兴旺。 今后的道路需要大胆的投资、跨部门合作以及退缩旧工艺的意愿,以有利于更清洁、更聪明的替代方案。 但目的地 — — 以最低环境成本为现代生活提供动力的炼油工业 — — 值得一程。