碳约束世界中的石油炼制：全球炼厂碳定价的影响

碳约束世界中的石油炼制：全球炼厂碳定价的影响整理推荐：中国化工学会烃资源评价加工与利用专委会怪资源评价加工与利用01研究背景与意义02炼厂模型开发与校准03碳定价对炼厂的影响04碳定价对交通运输政策的影响05研究结论与展望石油燃料生命周期碳排放包括原油开采、炼制到最终在车辆中使用(即井口到车轮)的全过程。其中，车辆使用阶段的燃烧排放占总生命周期温室气体排放的约80%,而炼厂排放占石油燃料井口到油箱(WtT)温室气体排放的一半以上。不同的炼厂排放分配方法会导致不同的结果，因此需要更准确的估算方法来为政策制定提供依据。截至2023年，碳定价机制在全球范围内得到了进一步推广和实施。根据世界银行的《2023年碳定价现状与趋势》报告，目前全球已有超过70个国家和30多个国家司法辖区实施了碳排放定价工具(包括碳税和碳排放交易体系),覆盖全球约23%的年温室气体排放量。这一进展表明，碳定价作为一种重要的减排工具，正在被越来越多的国家和地区采纳。此外，碳定价领导联盟的成员数量也显著增加，包括更多国家和企业参与其中，共同推动全球碳定价机制的完善和扩展。碳定价政策通过将温室气体排放的外部成本从社会整体转移到排放责任方，激励减排。然而，全球尚未形成统一的碳定价体系，给企业和投资者带来不确定性。因此，需要更深入的研究来评估碳定价对不同行业的，特公业的影烃资源评价加工与利用本研究旨在通过开发和校准区域整合的炼厂线性规划中东、亚洲(不包括中国)和中国等6个主要地理区域。区域整合炼厂模型构建●模型构建方法本研究开发的区域整合炼厂线性规划(LP)模型j将中国单列的主要原因是。中国因市场庞大且对全球石油工业日益重要而单独建模，而非洲因炼油能力仅占全球不到5%未被纳入。模型将各区域内所有炼厂的装置能力进行整合，形成一个单一的区域炼厂LP模型，代表该区域的整个炼油系统。这种整合方法意味着区域内炼厂间可以共享中间过程物流，且不考虑额外运输成本。虽然这可能与当前商业现实不符，但鉴于各区域内炼厂数量众多，这种简化是必要的。通过将区域模型校准至2014年实际生产数据，可部分抵消过度优化带来的不准确，确保研究结论的可靠性。●数据来源与校准模型数据来源于IHS“能源数据库，并与美国能源信息署(EIA)数据进行交叉验证。IHS数据库涵盖全球炼厂的详细信息，包括装置能力、原油生产与进口情况以及2014年实际炼制产品产量。模型校准通过调整反应器产率、物流质量(特别是催化裂化、加氢裂化、焦化和减粘裂化装置)、装置利用率、产品规格(尤其是汽油的蒸汽压和柴油的闪点)以及原油分析数据，使模型结果与2014年区域实际生产数据的误差控制在0.5%以内。●炼厂复杂性与效率区域整合炼厂的差异主要体现在配置复杂性、加工原油类型和产品结构上，这些因素直接影响炼厂效率和温室气体排放。炼厂配置复杂性通过复杂性指数来衡量，指数越高，炼厂将原油重质部分转化为高价值轻质产品的能力和满足严格燃料质量规格的能力越强。轻质原油(API重度高)含有更多可直接加工成高价值产品的理想成分，且随着对低硫燃料需求增加，高硫(酸性)原油加工成本上升。炼厂需在满足所有操作约束条件下，选择最低成本的生产计划。LP模型已成为炼厂优化操作的必备工具，以满足市场需求并实现利润最大化。怪资源评价加碳定价情景设计碳定价情景设计1本研究评估了从0到500美元/吨CO₂的广泛碳定价范围，以反映全球不同国家和地区当前的碳定价实践。研究设计了两种情景来评估碳定价的影响。第一种是"2014估算“情景，模型被约束以满足2014年对精炼产品的需求，从而评估在碳约束世界中，炼厂如何优化2014年的生产。评估在有碳排放成本的环境下，炼厂的最优产品结构。2在*2014估算“情景下，炼厂在满足固定产品需求的同时，将碳排放成本纳入优化策略。研究发现，如果炼厂被迫至少满足2014年区域对石油产品的需求量，那么对CO₂定价不会对炼厂的生产、效率或排放产生影响。这表明在当前石油市场需求结构下，炼厂已经以最高效的方式运营，碳定价只会降低炼厂的盈利能力，而对CO₂排放几乎没有影响。排放。研究发现，随着碳定价的增加，炼厂会调整产品结构，增加汽油产量而减少柴油产量，尽管汽油的碳强度高于柴油。这种调整是由于降低柴油产量可以减少对氢气的需求，进而降低氢气生产装置的天然气消耗和CO₂排放。因此，在碳定价环境下，炼厂通过减少柴油产量来实现CO₂排放的快速降低。炼厂碳排放分布炼厂碳排放分布总排放量的48%、28%、13%和11%。 石油产品碳强度均水平高出约14%。存在差异，平均效率范围在92.2%到全球炼厂平均效率目前约为94%,但步下降。碳定价对炼厂生产与排放的影响碳定价对炼厂生产的影响在*2014估算"情景下，碳定价对炼厂生产没有影响，因为炼厂已经以最高效的方式满足市场需求。在·优化"情景下，随着碳定价的增加，炼厂会调整产品结构，减少柴油产量，增加汽油产量。这种调整主要是由于降低柴油产量可以减少对氢气的需求，进而降低氢气生产装置的天然气消耗和CO₂排放。研究发现，当碳定价达到约150美元/吨时，炼厂的能源效率得到恢复，而CO₂排放继续随着碳定价的增加而下降。碳定价对炼厂排放的影响在“2014-估算情景下，碳定价对炼厂的CO₂排放没有影响。在“优化“情景下，随着碳定价的增加，炼厂的CO₂排放显著下降。在碳定价为0至100美元/吨时，CO₂排放的减少主要是通过优化炼厂生产比例实现的；而在碳定价超过100美元/吨时，炼厂总产量显著下降，导致CO₂排放大幅减少。研究还发现，炼厂的CO₂排放对柴油产量的变化更为敏感，而不是汽油产量的变化。因此，在碳定价环境下，减少柴油产量是炼厂降低CO₂排放的最有效途径。碳定价对炼厂效率的影响碳定价对炼厂效率的影响在“2014-估算“情景下，碳定价对炼厂效率没有影响，因为炼厂已经以最高效的方式运营。时得到恢复。这是因为减少柴油产量可以降低对氢气的需求，进而减少氢气生产装碳定价对不同炼厂的影响研究发现，不同地区的炼厂对碳定价的响应存在差异。在碳定价较低时，炼厂主要通过调整生产比例来些复杂性较低的炼厂可能无法盈利，从而选择降低产量或停止生产。这表明碳定价政策需要考虑炼厂的复杂性和地区差异，以避免对炼厂行业造成过大的冲击。置的天然气消耗和CO₂排放，从而提高炼厂的能源效率。碳定价对交通运输政策的影响碳定价对交通运输燃料选择的影响研究发现，碳定价可能会诱导炼厂减少柴油产量，增加汽油产量，这与汽油的碳强度高于柴油的事实相悖。这种调整可能会导致交通运输部门的燃料偏好从柴油转向汽油，从而降低交通运输部门的能源效率。例如，如果炼厂在碳定价环境下减少柴油产量，可能会导致市场上柴油供应减少，价格上涨，而汽油供应相对增加，价格相对稳定。这可能会使消费者更倾向于选择汽油发动机汽车，而不是柴油发动机汽车，从而影响交通运输部门的能源效率和温室气体排放。研究还发现，如果炼厂在碳定价环境下减少柴油产量，可能会导致交通运输部门的能源效率下降。因为柴油发动机的热效率通常高于汽油发动机，如果交通运输部门更多地使用汽油发动机汽车，可能会导致能源消耗增加和温室气体排放增加。例如，假设汽油和柴油汽车的平均油耗分别为每加仑24.8英里和29.8英里，研究发现，如果炼厂在碳定价环境下减少柴油产量，可能会导致交通运输部门的综合油耗增加，从而增加温室气体排放。因此，碳定价政策需要考虑交通运输部门的能源效率和温室气体排放，以避免对交通运输部门造成不利影响。碳定价与燃料发动机一体化发展碳定价与燃料发动机一体化的重要性研究强调，碳定价政策需要将燃料和发动机视为一个整体，以实现系统层面的温室气体减排。如果仅仅关注炼厂的碳排放，而忽视交通运输部门的能源效率和温室气体排放，可能会导致温室气体排放从炼厂转移到交通运输部门。例如，如果炼厂在碳定价环境下减少柴油产量，可能会导致交通运输部门更多地使用汽油发动机汽车，从而增加温室气体排放。因此，碳定价政策需要考虑燃料和发动机的协同优化，以实现系统层面的温室气体减排。碳定价与新型发动机技术的发展研究还指出，碳定价政策可以促进新型发动机技术的发展，如汽油压燃(GCI)发动机。GCI发动机结合了汽油发动机和柴油发动机的优点，具有较高的热效率和较低的温室气体排放。例如，GCI发动机采用高压缩比，通过消除进气节流来降低泵送损失，并通过稀薄混合气提高比热容比，从而提高热效率。研究表明，GCI发动机可以实现与柴油发动机相当的热效率，同时具有较低的温室气体排放。因此，碳定价政策可以促进GCI发动机等新型发动机技术的发展和应用，以实现交通运输部门的可持续发展。烃资源评价加工与利用碳定价与政策协调碳定价与政策协调研究强调，碳定价政策需要与其他政策进行协调，以实现系统层面的温室气体减排。如果碳定价政策与其他政策不协调，可能会导致温室气体排放从一个部门转移到另一个部门，从而降低政策的整体效果。例如，如果碳定价政策仅仅关注炼厂的碳排放，而忽视交通运输部门的能源效率和温室气体排放，可能会导致温室气体排放从炼厂转移到交通运输部门。因此，碳定价政策需要与其他政策进行协调，以实现系统层面的温室气体减排。研究建议，政策制定者需要加强与燃料和汽车制造商的协调，以促进燃料和发动机的协同优化。政策制定者可以通过制定政策，鼓励燃料和汽车制造商共同开发具有汽油特性的燃料和具有柴油热效率的发动机，以实现交通运输部门的可持续发展。例如，政策制定者可以制定政策，鼓励燃料和汽车制造商共同开发GCI发动机等新型发动机技术，以实现交通运输部门的可持续发展。此外，政策制定者还可以制定政策，鼓励燃料和汽车制造商共同开发其他新型发动机技术，以实现交通运输部门的可持续研究结论与展望研究结论研究得出两个与政策相关的结论。首先，炼厂作为竞争性商业实体，会努力在满足市场需求的同时，以最低成本提高运营效率，实现利润最大化。在当前炼厂配置和石油需求结构下，炼厂已经以最高效的方式运营(效率约为94%)。短期内，碳定价只会侵蚀炼厂的盈利能力，而不会显著提高效率或减少排放。从中长期来看，碳定价可以推动技术部署，提高效率，减少CO₂排放，但这需要炼厂进行新的、通常是成本较高的资本投资，或者改变石油市场的供需格局。其次，政策制定和技术发展需要将燃料和发动机视为一个整体。如果不能将燃料和发动机作为一个整体来考虑，可能会导致价值链内的排放泄漏，因为这种解决方案并非最优。研究呼吁政策制定者促进燃料和汽车制造商之间的更好协调与交流，以确保系统的整体优化。初步研究结果表明，共同开发具有汽油特性的燃料和具有柴油效率的发动机将带来益处，因此强调了推进新型发动机概念(如GCI)研究的必研究展望研究展望本研究存在一些局限性。首先，将一个区域内的多个炼厂整合为一个大型复杂炼厂，虽然简化了研究，但也导致了过度优化的炼厂解决方案。这意味着在现实中，炼厂的效率可能略低，CO₂排放可能略高，碳定价的影响可能比本研究呈现的更为显著。其次，本研究假设了2014年精炼石油产品的固定价格，这可能导致炼厂盈利能力下