在“双碳”背景下，石化行业正面临着节能降碳、转型升级的重大挑战。2021年10月，国家印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》进一步明确，将采用“揭榜挂帅”机制，开展低碳、零碳、负碳和储能新材料、新技术、新装备攻关。
其中，低碳技术主要包括能源系统的优化技术、数字化和智能化技术、高选择性和低能耗加工技术等，旨在提高能源利用效率，降低加工过程碳排放；零碳技术主要包括低碳燃料和原料替代技术、绿氢技术、绿电蒸汽裂解技术、生物燃料生产技术等，旨在减少化石能源使用，加大绿氢、绿电在原料、燃料方面的利用；负碳技术主要包括碳捕集与封存（CCS）及CO2资源化技术、碳汇技术等。绿色前沿脱碳技术将成为助力“双碳”目标实现的重要驱动力。
石化相关脱碳技术亟需加快创新
作为工业供应链的重要组成部分，石化产品可用于制作种类繁多的材料，但其生产过程也会产生一定的碳排放。中国石油天然气集团有限公司近期发布的2021版《世界与中国能源展望》报告预计，2021—2060年间，能源替代、脱碳技术以及节能减排将成为碳减排的三大任务，对碳减排的累计贡献分别约为56%、31%和13%。
减少生产过程及终端CO2的排放量，需要按照技术进展及成本高低，按照达峰期、降碳期和脱碳期进行有序实施。有关研究表明，如果延续当前政策、投资和碳减排目标，现有低碳、零碳、负碳技术无法支撑我国实现“双碳”目标，亟需加快相关技术创新驱动力，实现包括原子经济反应催化体系、绿氢炼化、高效低碳分离、过程强化、全厂能源管理、二氧化碳资源化利用、生物质原料利用等关键核心以及革命性先进技术的创新突破和推广与应用。
日前，由中国石油和化学工业联合会发布的《石化绿色低碳工艺名录（2021年版）》共39个条目，较2020年版新增9个条目、10项工艺。这10项新入选的绿色低碳工艺涉及精细化工、有机化工、生物化工等领域，分别为铬盐生产过程中的铝钒同步分离技术；离子交换树脂催化及杂质脱除聚四氢呋喃（PTMEG）生产工艺；加压气相法三聚氰胺生产工艺；碳酸乙烯酯醇解制碳酸二甲酯联产乙二醇生产工艺；工业副产石膏制硫酸联产水泥技术；新型微纳态、超分散、低锌橡胶硫化活性剂生产工艺；液氮深冷有机溶剂回收技术；混合溶剂法甘氨酸生产工艺；干式回收利用副产氯化氢气体的3-氯丙基三烷氧基硅烷生产工艺；离子交换法废水密闭循环回用生产硝酸钾工艺。
石化行业实现零碳排放的几大方式
石化行业实现零碳排放的方式主要包括使用替代原料、CCS、电气化、生物基或电化学生产以及碳抵消。若想实现完全脱碳，石化行业必须减少上游炼油以及直接生产的排放，但几乎所有零碳方案的成本都将高于传统生产方式。
彭博新能源财经发布的研究报告《Decarbonizing Petrochemicals Technologies and Costs》提出，在短期内，CCS可提供低成本的净零生产方案。配备CCS系统的自热重整是成本最低的乙烷裂解方案，而燃烧后CCS的应用比石脑油裂解和丙烷脱氢（PDH）略微更具竞争力。相较于传统生产方式，CCS总是有13%~25%的成本溢价。
蒸汽裂解装置的电气化提供另一种有效途径。由于资本支出和可再生能源电价的下降，依靠创新电气化熔炉处理热量的电气化裂解技术有望在2050年之前降价，
但仍可能比传统生产方式贵25%。如果能成功实现商业化，其他电气化生产技术（如需要较少原料的罗托动态反应）或许可与石脑油裂解装置竞争。
通过在塑料废物热解过程中部署CCS系统，然后对回收的石脑油进行电气化裂解，就有可能实现净零回收。这一方案成本较高，但却是实现回收目标的关键。
生物基方案为当前生产低碳石化产品的最常见方式，但改用生物石脑油会带来巨大的价格溢价，而且溢价可能会持续下去。由于供应有限，生物石脑油到2050年仍会是最昂贵的裂解原料，尽管它可以为需要昂贵改造或抵消的裂解装置提供可行的替代方案。
在成本方面，最显著的变化是蒸汽裂解以外的替代性净零生产工艺，即甲醇制烯烃（MTO）、甲醇制芳烃（MTA）、乙醇制乙烯和二氧化碳制化工品。更便宜的低碳原料和清洁电力推动成本下降。然而，如果碳价格不升至较高水平，即使到2050年，这些技术的新建设施在成本方面的竞争力仍远不能与新建无脱碳技术设施相提并论。
如果使用绿色甲醇，MTO和MTA提供了一条零碳路线，可以通过生物质气化（生物甲醇）或从捕集到的二氧化碳和可再生氢（电制甲醇e-methanol）合成生产实现。到2050年，氢气成本下降应使电制甲醇成为MTO和MTA更为便宜的清洁原料。
基于经济性和规模化前景，最好的解决方案是CCS和蒸汽裂解装置的电气化。然而，由于高价值化工品包括以不同程度联产工艺制成的多种化工品，因此净零产能建设需要考虑这些化学品供应的相对平衡。与钢铁等其他碳密集型行业相比，石化行业将依赖更广泛的技术和原料来实现脱碳。
在刚刚过去的2021年，我国已“双碳”政策频出，低碳绿色发展理念成为全社会共识。在碳中和战略下，石化行业将迎来自身碳减排和能源结构转型两方面带来的挑战与机遇。节能降碳技术改造、优质新增产能供给、低效产能有序退出将是行业实现自身碳减排的主要路径。此外，新能源产业的快速发展为石化产业带来了新机遇。“双碳”战略必将推动生物制造、碳捕集与利用、绿色氢气制造和利用等绿色低碳前沿技术的进步和产业化推广！