近年來，國際政治經(jīng)濟(jì)形勢不斷變化，全球能源格局持續(xù)深刻調(diào)整，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)繼續(xù)保持化石能源下降、非化石能源上升趨勢。面對油品需求達(dá)峰、新能源替代和低碳轉(zhuǎn)型大勢，煉化行業(yè)加速向一體化、集約化、高端化、低碳化、智能化、綠色化發(fā)展。5月29日~30日，由中國石油學(xué)會聯(lián)合中國石油、中國石化、中國海油、國家能源、中國中化、延長石油等單位共同主辦的“2024中國煉油與化工企業(yè)高峰論壇暨新技術(shù)與成果展”在山東青島舉行，兩院院士、專家學(xué)者、業(yè)界代表等600余人參加，圍繞行業(yè)趨勢、產(chǎn)業(yè)變革、綠色發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步等展開深入探討。

CCUS和過程強(qiáng)化是重要降碳途徑

中國科學(xué)院院士費(fèi)維揚(yáng)說，化工對能源、資源、環(huán)保、先進(jìn)材料和國防工業(yè)等都發(fā)揮了重要作用，對國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的貢獻(xiàn)約占1/6，但是節(jié)能降碳減污的任務(wù)非常艱巨，一個加工量為4000萬噸/年的石化聯(lián)合企業(yè)，年排放二氧化碳高達(dá)4200萬噸。

CCUS是化石能源大規(guī)模低碳利用的主要途徑，是一種戰(zhàn)略性新興技術(shù)，難點(diǎn)是成本和放大，構(gòu)建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)集群極為重要，可以為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供技術(shù)保障。

IEA（國際能源署）預(yù)測，全球利用CCUS減碳在2030、2035和2050年分別達(dá)到16億噸、40億噸和76億噸，相當(dāng)于這些年全球排放總量的4.7%、11.8％和22.4%。但2020年全球利用CCUS減碳僅0.4億噸，差距非常大，任務(wù)非常艱巨。

加拿大邊界大壩項(xiàng)目于2014年10月建成，設(shè)計(jì)捕集能力100萬噸二氧化碳/年，但運(yùn)行初期開工率較低，經(jīng)過2015、2017、2019和2021年四次維修和改進(jìn)，裝置利用率得到較大提升，2022年捕集二氧化碳75萬噸。該項(xiàng)目總投資太大（約14.67億加元）、總體發(fā)電效率損失大（約30%），我國需要研究借鑒。

化工過程強(qiáng)化也是降低碳排放的重要途徑，是在化學(xué)工程科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地用更小的、更便宜的、更高效的設(shè)備和工藝，來代替龐大的、昂貴的、高耗能的設(shè)備和工藝，以大幅度地提高效率、節(jié)能減排、提質(zhì)增效。如研發(fā)新催化劑、新型塔內(nèi)件，應(yīng)用信息技術(shù)、耦合技術(shù)、超重力技術(shù)、微化工技術(shù)、超臨界技術(shù)等。

在國家重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，清華大學(xué)化工系對二氧化碳捕集新復(fù)合溶劑、高效填料、膜解吸復(fù)合再生和過程優(yōu)化等進(jìn)行了研究，中試、工業(yè)示范和工業(yè)應(yīng)用表明，與傳統(tǒng)工藝相比，可節(jié)能和降低成本約30%。

化工行業(yè)的“智慧革命”

中國科學(xué)院院士徐春明說，第四次工業(yè)革命將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，全球正在爭奪智慧工業(yè)制高點(diǎn)。自動化程度高、數(shù)據(jù)共享程度高、自主規(guī)劃和優(yōu)化程度高的“智慧革命”正在重塑各行業(yè)格局?；ば袠I(yè)也正在經(jīng)歷系統(tǒng)性變革，“低碳智慧煉化”是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。

化工行業(yè)的智慧化要重點(diǎn)解決兩個問題：從實(shí)驗(yàn)室到工廠的工程化放大問題，從分子到工廠的快速感知、依靠模型精準(zhǔn)過程決策和調(diào)控。在實(shí)驗(yàn)室階段，建立物料感知系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)理解和識別分子結(jié)構(gòu)特征、預(yù)測分子性能指標(biāo)；建立反應(yīng)機(jī)理系統(tǒng)，針對復(fù)雜分子反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)無法手工建模問題，提出一套自動生成反應(yīng)模型的方法；構(gòu)建包含催化劑性質(zhì)的智能優(yōu)化模型，通過人工智能加速催化材料制備及篩選，設(shè)計(jì)制備綠電供能的導(dǎo)電催化材料，實(shí)現(xiàn)催化劑原位供熱和誘導(dǎo)活化。

綠電替代傳統(tǒng)燃料，是通過電磁場作用供能供熱，因此要開發(fā)與導(dǎo)電催化劑相匹配的綠電供能裝備，開發(fā)甲烷蒸汽重整、丙烷脫氫等石油加工過程綠電供能裝備，基于機(jī)理模型與工業(yè)數(shù)據(jù)，將CFD（計(jì)算流體動力學(xué)）和AI（人工智能）融合，開發(fā)工業(yè)裝置模型。

煉油過程是高度復(fù)雜的烴類體系加工系統(tǒng)，還要通過智能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)，如通過煉廠氫氣智能優(yōu)化可以提高高硫劣質(zhì)原油加工比例、降低氫耗。石油化工裝置工藝復(fù)雜、流程長，要開發(fā)多變量智能控制方案。

綠電-綠氫-綠色化學(xué)品生產(chǎn)鏈條是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑，要研究多時(shí)間尺度下的能量-質(zhì)量耦合系統(tǒng)集成，通過智能優(yōu)化算法對系統(tǒng)進(jìn)行智慧決策，設(shè)計(jì)電-氫-化學(xué)品系統(tǒng)匹配的最優(yōu)調(diào)控策略可實(shí)現(xiàn)該鏈條的全生命周期管理。

未來煉化技術(shù)發(fā)展六大方向

中國石油科技管理部副總經(jīng)理史君說，我國成品油需求將在2027年前后達(dá)峰，而國內(nèi)石化市場結(jié)構(gòu)性過剩問題更加突出，85%以上的大宗石化產(chǎn)品都將出現(xiàn)產(chǎn)能過剩，必須推進(jìn)高端化發(fā)展。預(yù)計(jì)“十四五”時(shí)期，國內(nèi)高端化工材料需求年均增速為8%，2025年需求量將達(dá)4500萬噸，高端材料自給率將從50%左右提高到70%以上，高端聚烯烴、工程塑料、高性能膜材料、關(guān)鍵單體和精細(xì)化工中間體等是國內(nèi)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰后，煉化企業(yè)持續(xù)圍繞源頭、過程、終端路徑深入推進(jìn)低碳發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)模式將發(fā)生根本性變革。未來，煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放將使用多元化的原料，以生物質(zhì)、廢塑料、碳一等低碳原料替代部分原油；構(gòu)建高效清潔的生產(chǎn)過程，包括綠電、綠氫等清潔能源逐步規(guī)?；娲茉矗疾都盎厥绽玫?；生產(chǎn)高端精細(xì)的產(chǎn)品組合，包括生物航煤、綠氫、綠色合成燃料、化學(xué)品、新材料等。

未來技術(shù)發(fā)展有六大方向：電氣化技術(shù)，包括電裂解爐、大功率電加熱爐、電鍋爐、電化學(xué)等技術(shù)，提高綠電消納比例，實(shí)現(xiàn)煉化終端用能深度電氣化；生物制造技術(shù)，發(fā)展以非糧生物質(zhì)為原料高效合成/轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物基燃料、生物基化學(xué)品、生物基新材料技術(shù)，生產(chǎn)生物航煤、生物柴油、生物基聚烯烴、聚酯、丁二烯橡膠、生物基尼龍等；核能技術(shù)，探索煉化與小型核堆的耦合集成，可控核聚變技術(shù)則有望徹底改變?nèi)蚰茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)的方式；二氧化碳綜合利用技術(shù)，包括二氧化碳耦合制碳酸酯新材料、二氧化碳與綠氫制化學(xué)品、二氧化碳制備綠色油品等技術(shù)；數(shù)智化賦能技術(shù)，傳統(tǒng)的人工智能（ANI）只能處理特定任務(wù)，被認(rèn)為是弱人工智能，而通用人工智能（AGI）可以像人類一樣學(xué)習(xí)和推理，解決復(fù)雜的問題并獨(dú)立做出決策，是一種基于大模型開展應(yīng)用的強(qiáng)人工智能，未來需加強(qiáng)AGI在煉化行業(yè)的應(yīng)用；廢塑料化學(xué)回收技術(shù)，發(fā)展低能耗熱解法、低成本催化裂解制單體法、耐久性塑料選擇性斷鍵或原位功能化技術(shù)，將廢塑料轉(zhuǎn)化為油品、化工單體及化學(xué)品、再生塑料，以提高碳資源循環(huán)利用率，實(shí)現(xiàn)廢塑料高值化利用。

精細(xì)化工正從1.0走向2.0

中國科學(xué)院院士彭孝軍說，精細(xì)化學(xué)品是國際化工及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域爭奪的重要制高點(diǎn)，精細(xì)化學(xué)材料是新興產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)載體，其變革性是產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵。精細(xì)化學(xué)品占總化工產(chǎn)品百分比，即精細(xì)化率，是國家化工行業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志?；瘜W(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢是高端化、綠色化、智能化。

目前，精細(xì)化工正從1.0走向2.0。精細(xì)化工1.0，研究范式是大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)選，通過人力+實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式發(fā)展；研究內(nèi)容是工藝創(chuàng)新+分子模仿；研究目標(biāo)是從跟跑改進(jìn)到并跑。而精細(xì)化工2.0，研究范式是大數(shù)據(jù)挖掘，通過智慧+人工智能實(shí)現(xiàn)變革式發(fā)展；研究內(nèi)容是分子創(chuàng)造+智能制造；研究目標(biāo)是功能智能化實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑。

靶向藥物、探針等智能化學(xué)品是精準(zhǔn)醫(yī)療的保障。電子信息產(chǎn)業(yè)急需高端智能化學(xué)品，如顯示LCD、存貯與分子開關(guān)、光刻膠與光引發(fā)劑等。新能源期待智能化學(xué)品大幅提高效率，如人工樹葉利用太陽能將水分解為氫和氧、提高電池能量密度、化石能源的富集分離和回收等。

智能材料是第四代材料，即可自動感知（識別）、執(zhí)行、恢復(fù)。其具有變革性的性能，是人類社會革命性發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能材料成為先進(jìn)材料領(lǐng)域的新前沿。

精細(xì)化工2.0是智能分子工程，包括分子設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品功能智能化、產(chǎn)品制造智能化。化工智能制造將打造無人實(shí)驗(yàn)室和黑燈工廠。

細(xì)分和延伸煉化產(chǎn)業(yè)鏈

中國石化科技部副總經(jīng)理王皓說，隨著成品油消費(fèi)達(dá)峰，應(yīng)思考煉油產(chǎn)業(yè)除能源屬性外的其他屬性，如作為原料和材料的物質(zhì)屬性，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)能源和二氧化碳利用的平臺衍生低碳作用屬性。

乙烯原料以輕烴為主，可大幅降低能耗和加工成本。煉化企業(yè)通過煉化一體化等手段提高輕烴綜合利用率，形成輕烴精細(xì)加工產(chǎn)業(yè)鏈，由燃料能源轉(zhuǎn)型為化工原料趨勢明顯，并依托輕烴的資源化豐富化工原料的供給路徑。按組分形成烯烴烷烴的成套綜合技術(shù)方案，成為輕烴產(chǎn)品低成本利用的重要方向?？山到獠牧稀h(huán)保溶劑及新型冷凍機(jī)油等產(chǎn)品是液化氣下游發(fā)展的重要產(chǎn)品品類。

中國石化不斷拓展低碳烯烴催化裂解技術(shù)，所開發(fā)的技術(shù)呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：原料適應(yīng)性更廣泛，從早期的石蠟基蠟油發(fā)展到中間基摻渣重油；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)易于調(diào)整，從多產(chǎn)丙烯、多產(chǎn)乙烯到多產(chǎn)BTX（輕質(zhì)芳烴）；反應(yīng)器技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，包括提升管、流化床、快速床等，研發(fā)的快速流化床催化裂解反應(yīng)器技術(shù)，吃“重”能力優(yōu)異，有效填補(bǔ)劣重質(zhì)油生產(chǎn)低碳烯烴的空白。

循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展將推動污染物及廢棄物減量化、資源化、無害化。廢塑料的化學(xué)循環(huán)具有處理范圍廣、再生料品質(zhì)高等優(yōu)勢，源頭污染控制與資源高效循環(huán)利用技術(shù)正在加速突破，二次資源循環(huán)利用率將逐步提高。

隨著可再生能源發(fā)電成本相對下降和技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，綠氫與綠電協(xié)同耦合將重構(gòu)煉化業(yè)務(wù)能源供給體系，再造煉化工藝流程。其中，綠氫替代灰氫、綠氫煉化、氫基化工等成為發(fā)展重點(diǎn)。

煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)的路徑包括加強(qiáng)節(jié)能降耗、開發(fā)短流程技術(shù)、有效利用煉廠資源、加工流程高效銜接等。煉廠總流程加工方案是否具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)彈性已成為影響企業(yè)盈利能力的重要因素。在煉油行業(yè)整體處于微利的背景下，要思考進(jìn)一步細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈，如相變蠟、潤滑油產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分，延伸石油基炭材料產(chǎn)業(yè)鏈等。

中國石化研發(fā)的重質(zhì)高碳富芳資源高值化利用新工藝可有效提升煉化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，豐富高端炭材料產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)低值燃料的固碳。聚“焦”發(fā)“瀝”功能“炭”，促進(jìn)石墨電極鋁用預(yù)焙陽極和陰極、礦熱爐用炭/石墨電極等傳統(tǒng)炭材料產(chǎn)品做優(yōu)做強(qiáng)，加快延伸開發(fā)高端石墨產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)業(yè)盈利能力。

研發(fā)可持續(xù)發(fā)展的新型高分子材料

中國工程院院士王玉忠說，生物基高分子材料、生物降解高分子材料、可回收循環(huán)利用的高分子材料，都是可持續(xù)發(fā)展的新型高分子材料。

可循環(huán)，意味著高分子材料易回收利用，要么通過物理循環(huán)回收為其聚合物，要么通過化學(xué)循環(huán)回收為其聚合的單體。

可反復(fù)化學(xué)循環(huán)，既是化學(xué)閉環(huán)循環(huán)（可解聚為其合成單體），又具有高單體回收率（幾乎可完全解聚為單體）特點(diǎn)。

PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）是單一品種產(chǎn)量最大的高分子材料，但易燃，全球每年廢舊PET達(dá)3600萬噸，而廢舊PET自然解聚需要數(shù)百年。王玉忠?guī)ьI(lǐng)四川大學(xué)團(tuán)隊(duì)，樹立聚酯全生命周期綠色設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)合成分子主鏈含兒茶酚-M配位結(jié)構(gòu)的PET共聚酯，可紡性良好，金屬離子M均勻分布于纖維表面，改性聚酯面料集成阻燃抑煙、紫外屏蔽、抗菌、抗靜電、遠(yuǎn)紅外發(fā)射、自修復(fù)六大功能。利用配位鍵溶劑/溫度響應(yīng)特性，含配位結(jié)構(gòu)共聚酯可實(shí)現(xiàn)自催化乙二醇解、甲醇解及水解，以乙二醇解為例，共聚酯轉(zhuǎn)化率近100%，并可高效分離回收單體。

王玉忠團(tuán)隊(duì)還利用機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化了低煙低熱釋放本征阻燃聚碳酸酯，可耐受1400攝氏度火焰灼燒，適用于車內(nèi)耐高溫防火場景，如電池外殼；可化學(xué)閉環(huán)循環(huán)回收，且回收成單體再聚合后保持阻燃性能；燃燒測試可滿足大飛機(jī)內(nèi)飾材料標(biāo)準(zhǔn)。

此外，王玉忠團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了可吹塑可降解回收高性能PBS（聚丁二酸丁二醇酯）共聚酯，加工性能優(yōu)異、可自然降解，拉伸性能和撕裂強(qiáng)度遠(yuǎn)優(yōu)于PBAT（己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物）薄膜；研發(fā)了可回收耐穿刺高性能生物基聚酯，可3D打印，可反復(fù)化學(xué)循環(huán)，回收得到高純度單體，單體再聚合成聚酯具備優(yōu)異性能；研發(fā)了集高性能與可化學(xué)閉環(huán)循環(huán)于一體的生物基聚酯材料，可在溫和條件下快速高效解聚。