石油焦是原油提炼的一种副产物并且含有诸多污染物。在中国,石油焦正默默地成为煤的廉价替代品。目前中国使用的很大一部分石油焦从美国进口,因为在美国石油焦却被认为是废料。中国政府正致力于减少煤炭的使用以保护环境,但目前中国的主要决策者却对石油焦消费的增长及其对环境的影响缺乏全面的了解。如果中国想要减轻空气污染并有效应对气候变化,决策者就必须采取坚决措施应对石油焦的使用及其污染问题。

石油焦及其在中国的使用

  • 石油焦是重质原油提炼的最终产物之一,并且含有不同的硫含量。
  • 低硫石油焦广泛应用于金属制造中,而高硫石油焦则用于燃烧发电和供热。
  • 随着炼油厂开始更多地使用来自加拿大和委内瑞拉的超重原油,世界高硫石油焦的产量也在不断增加。同时由于中国从中东和南美进口越来越多的重油和高硫原油,中国的高硫石油焦产量也在逐渐增长。
  • 燃烧石油焦所产生的温室气体远远超过煤或是天然气。但在计算超重原油的气候变化贡献时,一直未将这些由石油焦产生的额外的碳排放量考虑在内。
  • 中国在2013年消耗了大约3300万公吨的石油焦。同年,美国对华出口了700万公吨石油焦,是五年前出口量的20倍。美对华石油焦出口量占中国整个石油焦进口量的75%。
  • 由于对石油焦的使用和其含硫废气的排放缺乏了解,中国对石油焦的监管及其减轻空气污染的努力面临着重大挑战。

中国对石油焦的监管可以采取的措施及其影响

  • 监督石油焦的流通和使用。有效的监管需要对石油焦消费量、消费地点、燃烧锅炉的类型等信息加以掌握。此外石油焦燃烧产生的废气数据都应公开透明。
  • 采取经济手段内部化环境成本。排污费和碳价等经济政策手段可以限制石油焦使用。中国进行的碳交易体系试点和计划建立的全国范围的碳市场有必要尽快将石油焦的废气排放纳入其中。
  • 推广清洁燃烧石油焦技术。强制推广循环流化床 (Circulating Fluidized Boiler,简称 CFB) 锅炉和尾气脱硫系统等技术以减少含硫废气和其他污染物的排放。
  • 控制石油提炼残余。从长期角度来看,应该要求和鼓励炼油厂增加渣油加氢装置,将渣油裂解为更多高价值的燃料油并减少其所产生的石油焦。

背景介绍

中国从2006年开始成为世界最大的能源消费国。
王韬
作为气候与能源领域的专家,王韬在清华—卡内基全球政策中心负责中国气候与能源政策项目,尤其关注非常规石油与天然气、交通政策、电动汽车领域。
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作为人口最多的国家,同时也是世界上发展最快的经济体之一,中国自2006年起成为世界上最大的能源消费国。

中国经济的成功在很大程度上依赖于廉价而丰富的煤炭资源。但是,从2003年开始,由于需求急剧增长,煤炭价格在不到五年内连翻数倍,并于2008年达到顶峰。

高企的煤炭价格迫使水泥、玻璃、陶瓷等重工业内的中小企业以及一些小型燃煤发电厂不得不寻找替代燃料。

常见的替代燃料包括燃料油、高炉煤气以及更加昂贵的天然气。但是很多人也将目光转向一种鲜为人知的替代燃料:石油焦。这是在石油炼制过程中产生的一种较脏的副产物,并且目前几乎未受到监管。

中国消耗的大部分石油焦都是在国内生产的,其中大约一半的石油焦品质较高,通常用于不涉及燃烧的金属制造工艺。但是,另一部分含硫和重金属成分较高的石油焦则越来越多地被用作煤炭的替代燃料,这类石油焦中很大一部分来自于从美国的进口。这种石油焦在燃烧时会释放多种有毒物质和温室气体,在某些方面甚至比煤炭更脏。

美国是世界上最大的石油焦生产国,也是中国高硫石油焦进口的主要来源。2013年来自美国的进口占中国高硫石油焦总进口量的75%。1美国能源信息管理局(EIA)的数据显示,美国向中国出口的石油焦从2008年的35万公吨跃升至2009年的240万公吨,2013年则达到了惊人的700万公吨。2出于各种原因,美国本土的石油焦使用受到了很多限制,与此同时美国向中国出口的石油焦显著上升,因此中国成为了世界最大的高硫石油焦消费国。3

中国的石油焦需求和进口急速上升所带来的环境影响令人担忧。但是,中国的政策制定者尚未充分意识到石油焦在最近几年内迅速扩散,有关中国石油焦消费的数据目前还非常缺乏,而且很不透明。

中国的决策者未来如何管理石油焦的需求和使用,不但事关中国国内空气污染治理的努力、也关乎中国减缓气候变化的国际承诺,还将对全球能源市场带来影响。随着中国政府与民众推动出台更多致力于减缓环境恶化的政策和提升应对气候变化的国际合作,现在正是决策者仔细斟酌中国是否应该使用石油焦以及如何使用石油焦的最佳时机。

什么是石油焦?

石油焦是一种富含碳的固体,是在原油提炼以及重质烃等复杂有机分子裂解为更简单、价值更高、更轻质的石油产品的过程中所产生的副产物。

低硫高品质的石油焦广泛应用于金属制造中,而高硫低品质的石油焦因其品质低劣,并且含有诸多污染物,不适用于金属制造。由于其价格低廉,而且热值与煤炭相当,常常用作工业燃料。4

石油焦在未燃烧并储存的情况下一般被视为惰性物质。但燃烧时,石油焦在某种程度上甚至比煤炭更脏,其含硫量较高,通常高于3%,有时甚至高达6.5%或7%,5并且包含多种重金属污染,如汞、砷、铬、镍和镉,在燃烧时还可能会释放二恶英、氯化氢和氟化氢等污染物。

较之于烟煤或天然气,石油焦在燃烧时对气候变化的贡献也更大。每百万英热单位(BTU)高达104.5千克二氧化碳当量,石油焦燃烧排放出的温室气体比煤炭还高11%,几乎是天然气二氧化碳排放的两倍。6但一直以来在计算超重原油(例如加拿大的油砂和委内瑞拉的超重原油,这些原油能产生大量石油焦)对气候变化的贡献时,并未将由石油焦产生的额外的碳排放量考虑在内。7

石油焦对当地空气质量的影响很大,常见污染物包括一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物质和重金属等,具体取决于石油焦原料的化学成分。石油焦在储存期间可能通过悬浮尘埃释放污染物,而在燃烧时则主要通过废气排放造成污染。8

石油焦的生产

原油本身是不可使用的,需要作为原料在炼油厂中被加工成汽油、柴油、航空煤油、润滑油和石蜡等石油产品,残余的渣油则需要经过进一步加工。

原油类型不同,所需要的炼制技术有所差异,最后产生的石油产品结构也不一样。9一般而言,原油越重,炼制后残余的渣油越多。使用焦化装置裂解渣油中的碳氢化合物大分子后,原油越重的渣油将带来更高比例的石油焦(见图1)。根据卡内基石油-气候指数建立的样品油模型,炼化重质原油的石油焦产量的中位数为7%(按体积比);而炼化超重原油的石油焦产量的中位数则高达22%。相比之下,典型的轻质原油和超轻油的精炼厂则不产生石油焦。10

石油焦常被称为“油桶的底部”,是石油炼制过程的最终产物之一,含碳量超过90%,11是所有石油产品中最高的。原油的价值大部分来自更轻的石油产品,例如汽油、航空煤油和柴油。正因如此,重质原油被越来越多的应用于可处理高碳产品的炼焦装置,以生产更轻的石油产品,并随之产生更多的石油焦。

美国和中国拥有世界第一和第二大的炼油产能,因而两国都生产大量的石油焦。同时中东地区的炼油和炼焦能力也在迅猛增长,正逐渐成为新的石油焦主要产地。预计在2011年至2016年期间,中东地区的炼焦能力将以平均每年25%的增幅上涨,在世界首屈一指。12

中国也在迅速增强其炼油能力,13同时中东地区炼油能力的增长也与中国有很大的关系。中国石油化工总公司(中国石化)与沙特阿拉伯合作的联合炼油项目预计在2014年可达到每日处理40万桶阿拉伯重质原油的炼化能力,14而其石油产品中的7%(体积比)将是石油焦。

石油焦的使用

根据品质的不同,石油焦可以作为工业制造过程中的碳源,或是用作燃料,在发展中国家的使用尤其如此(见图2)。

一些金属的制造过程需要使用电极级别或“煅烧”后的石油焦,即来自轻质、低硫、低金属含量原油的残余副产物。通过煅烧可以让这种石油焦去除灰分,从而变得更纯。这些石油焦含硫量相对较低(小于3%),而且碳纯度较高,15因而可用于提供电解铝、冶炼钢或二氧化钛所需的碳。例如,煅烧石油焦以制造阳极(用作导体的大块固体),将氧化铝电解还原成金属铝。而针状焦(另一种纯度更高的石油焦)则用于制造电炉炼钢所需的石墨电极。

但大部分的石油焦还是被用作燃料。尽管缺乏精确的数据,但美国业内人士估计,全球生产的80%左右的石油焦都是高硫、燃料级石油焦。16这是重质、高硫、高金属含量的原油炼化后的副产物,其碳纯度较低,大多用于水泥转窑、玻璃熔窑和发电厂等行业的发热和发电。

但是由于其成本优势,这种燃料级的高硫石油焦也开始越来越多地被中国的电解铝工厂使用,以替代高价的低硫电极石油焦用作阳极。鉴于新的非常规石油大多是重质原油,且含硫量较高,因此未来全球高硫石油焦产量还可能会继续增加。例如,阿拉伯中质原油的石油产品中大约7%(按体积)是石油焦,而来自委内瑞拉或加拿大的超重原油所生产的石油焦大约是前者的三倍。据研究,2014年从加拿大油砂中所提取的每一百万桶沥青,在提质加工的过程(将沥青转化为合成原油)中都会产生约5万公吨的石油焦。17

北美的石油焦

中国的石油焦消费日益增长,北美对此发挥了重要作用。

中国石油焦使用量的日益上升与北美有很大关系。

北美的炼油能力在世界居首,主要集中在美国墨西哥湾地区。随着从加拿大的石油砂和委内瑞拉进口更多的高碳超重原油,美国炼油厂里的高硫石油焦开始堆积如山。加拿大还在努力地出口更多产自超重石油砂的原油给美国(可能通过火车和管道,也包括备受争议的Keystone XL石油管道)18,这可能会导致美国炼油厂的高硫石油焦产量持续上升。

同时,面临美国日益严苛的环境法规,加之民众对露天存放的石油焦的抗议,美国炼油厂迫切希望摆脱过剩的石油焦。因此推动了出口。美国出口的石油焦大多数都流入了发展中国家,而中国是美国2013年石油焦的最大进口国。19

美国关于石油焦法规

近年来,美国关于石油焦储存和处理的法律并没有太大变化。但是对于石油焦燃烧后通过空气传播的一些有害副产物出台了一些新规定。更重要的是,2013年美国环境保护署宣布停止在国内颁发新的石油焦燃烧许可证。

一直以来,美国的监管机构将储存中的石油焦视为无害的物质,因为它不能生物降解,不会与水或光发生化学反应,或是在其结构中蓄积有毒的化学物质。此外,也有人认为储存的石油焦对呼吸系统的威胁比其他的废弃物要低,尽管石油焦被风吹散时或漂浮在水面上时可能造成一些刺激性的气味。

石油焦的储存管理一般由地方政府决定。除了特拉华州和加利福尼亚州等少数特例外,地方、州或联邦法规并没有针对石油焦的储存作出明确规定。联邦法律未将石油焦列为有害固体废物,因此其运输也不需要提供追溯信息。不过这些法律都是在高硫石油焦开始日益普遍之前制定的。

然而,公众压力却日益成为影响美国石油焦产业的一个重要因素。2013年,底特律河和芝加哥卡拉麦特河沿岸曾是臭名昭著的石油焦储存地,那里露天堆积着好几层楼高的石油焦。由于公众的强烈反对,这些堆积的石油焦不得不被移走。

面对这样一种大量生产但存储成本高的副产品,美国的石油公司迫切地希望将其出售给能源匮乏的发展中国家,并同时从中获取丰厚的利润。

北美的石油焦出口

美国拥有全球最大的炼油能力,在石油焦出口市场中占主导地位。2014年,美国的石油焦出口总量接近2亿桶,或3600万公吨。20

从1981年至2009年,美国石油焦出口占产量的比重一直保持在50%以下。但是从2010年开始,美国的石油焦出口量开始超过其国内消费。212014年,美国石油焦出口率为61%,其中绝大部分流入亚洲。如图3所示,美国石油焦出口量的上升与美国从加拿大进口的油砂油增加有较强的相关性。

中国的煤炭价格由2005年的200元(32美元)/吨上涨至2008年的1000元(160美元)/吨,在此期间美国石油焦的价格比标准煤便宜25%左右,22在主要使用天然气和燃料油的中国玻璃和水泥行业也具有很好的经济性。

2013年,中国是美国石油焦的最大进口国,中国的进口占美国出口总量的20%(见图4)。2014年,中国从美国进口的石油焦量出现下降,形成了中国、日本和印度三大市场的局面,各国的石油焦进口量均超过2000万桶(360万公吨)。23加拿大也直接出口由其本国炼油厂生产的石油焦。据报道,2013年加拿大近50%的石油焦出口至中国。24

尽管石油焦的消费快速增加,人们对于石油焦带来的碳排放、气候变化与空气质量的贡献却认识不足,欠缺评估。因此有必要就石油焦对能源需求旺盛的亚洲市场,尤其是中国的影响进行深入分析。如果不加抑制地任其发展,石油焦将会破坏中国的环保努力,并进一步加剧全球气候变化。

中国的石油焦市场

2000年以来,中国的经济增长奇迹有赖于重工业的迅速扩张,以至于在不到10年的时间里中国的煤炭需求翻了一番。到2013年底,中国的煤炭需求占世界煤炭生产总量的一半以上。25但是由于煤炭价格高企,而且运输困难,小型私有企业在那段时间很难获得所需煤炭资源,因而不得不转向包括石油焦在内的替代燃料。从2008年到2013年,中国的石油焦进口量增长了近20倍。中国小型炼油厂(大部分位于山东省)的石油焦产量也有所上升。2014年,石油焦和煤炭消耗量都出现了下降。但在没有持续政策干预的情况下,这个下降趋势未来是否会随经济好转再度逆转,目前尚不得而知。

石油焦需求

近年来,中国的石油焦消耗量增长迅速。2011年中国消耗了2750万公吨石油焦,2013年至涨至约3300万公吨。262014年,由于高库存、信贷紧缩和经济疲软等原因,各产业领域的表现较差,石油焦需求有所降低。

从2006年中国工业燃料短缺加剧开始,石油焦一直备受青睐。由于其具有显著的经济效益和充裕的供应来源,中国政府甚至将用石油焦替代玻璃生产中的重油定为第十一个五年计划期间(2006年至2010年)大力推广的十大节能技术之一。27

电解铝(见图5)是中国最大的石油焦消费行业。在2013年和2014年,电解铝产业所消耗的石油焦占中国石油焦总需求的一半左右。28虽然在生产过程中,石油焦并不燃烧,但其硫含量的约10%-20%将在阳极表面被转化为二氧化硫释放出去。29

电解铝行业是在中国最近这轮重工业化中受益的典型代表。在过去的十年内,电解铝的产能增长了六倍多,2002年至2012年期间保持了年均近20%的增长速度。30目前,中国电解铝的产量约占全球总产量的一半左右。31

与此同时,由于价格相对低廉,中国的金属行业开始越来越多地使用高硫石油焦制作阳极。但因为含硫量较高,这些阳极在电解铝生产中并不耐用,需要经常替换,进一步推动了石油焦需求的增长,也带来了生产过程中更多的二氧化硫的排放。

但更大的环境隐患可能来自电解铝制造过程后废弃的石油焦残阳极的处置。这种废弃的残阳极基本上还是石油焦,且仍然可以作为廉价燃料。尽管关于石油焦残阳极的具体流向目前我们还没有充分的调查,但是在中国的互联网上可以很容易找到石油焦残阳极作为燃料出售的信息,尤其是在电解铝产能较大的一些省份。如果中国政府希望在与环境污染的斗争中获得胜利,那么对这种目前还未受抑制的高污染燃料的消费情况必须进行深入调查,并采取相应措施。

中国还有大约三分之一的石油焦需求来自不同工业的燃料需求。32石油精炼厂和小型发电厂通常将燃料级石油焦与煤炭混合,用以发电和产生蒸汽。中国石化作为中国最大的石油焦生产商,已经开在其炼油厂内采用循环流化床(Circulating Fluidized Bed,简称CFB)锅炉燃烧石油焦,用于提供自己所需的电力和蒸汽。

如果中国政府希望在与环境污染的斗争中获得胜利,那么对这种目前还未受抑制的高污染燃料的消费情况必须进行深入调查,并采取相应措施。

CFB锅炉可以做到在排放前去除废气中95%的污染物。33尽管相对于燃煤电厂内使用的标准脱硫设备,CFB锅炉可以更廉价、更有效地清除二氧化硫,但这些锅炉的规模较小,并不能适用于中国新建的大规模燃煤发电厂。中国石化所生产的石油焦也远超其自身CFB锅炉的需求,因此需要将多余的石油焦出售给其他用户。

在过去的十年内,中国的玻璃行业也实现了指数式增长,并愈来愈多地使用石油焦作为燃料。在2013年大气污染问题变得严峻起来之前,玻璃制造商并未面临严格的排放控制标准。即使到2014年,尽管中国北部一些大型玻璃工厂的熔窑内燃烧着大量的高硫石油焦,但是这些工厂仍未配备脱硫装置。

另外,石油焦作为一种补充燃料也广泛应用于陶瓷和水泥行业。这两种行业在生产过程中均使用大量的石灰,因此可以相对容易地吸收二氧化硫排放。加入石灰后,二氧化硫可以转化为硫酸钙,具有多种工业用途。

随着中国重工业开始进入更高的价值链,其质量要求也愈发严格,因此石油焦对某些制造商的吸引力也开始下降。比如我所拜访的一个领先的玻璃制造商,他更愿意使用硫含量较低(小于2%)的石油焦,以免侵蚀其炉窑设备,并对玻璃产品的颜色和透射率带来不利影响。有些水泥厂也会避免使用石油焦,因为石油焦中的杂质可能会降低其产品的白度。

石油焦生产

中国具有全球第二大炼油产能,同时也是石油焦生产大国。在2011年至2013年期间,中国国内生产的石油焦占中国石油焦消费的70%-80%(见图6)。

中国石油焦生产量的一半以上都来自于国有石油公司(NOC),主要是在炼油领域长期处于主导地位的中石化。但在2011年至2013年期间中石化的石油焦生产量逐渐下降,而石油焦进口和地方炼厂的产量则分别上升了93%和18%。34

燃料级石油焦的进口与国内生产一样,集中在特定的地区:山东、江苏和广西,这些也是中国玻璃、水泥和陶瓷生产企业集中的地区。在2012年和2013年,这三个省份占中国高硫石油焦进口总量的四分之三以上。35

鉴于运输成本高昂,进口的燃料级石油焦可能主要是供当地发电厂和重工业使用。但是,关于这些地区石油焦用户的详细信息目前还很缺乏。进口的燃料级石油焦硫含量较高,意味着需要在废气排放前先进行脱硫处理。但目前尚不清楚这些工厂是否配备了脱硫装置,以及地方政府是否对他们严格执行了相关环保规定。

在国有石油公司的引领下,中国的炼油能力迅速增长,在不到十年的时间内,炼油能力几乎翻了一番,2013年超过6亿吨。36但是近几年石油焦产量增加最主要的贡献可能来自地方炼厂。从2005年到2010年,地方炼厂的炼焦能力增长了五倍。37

中国山东省是地方炼厂最集中的地区,也是国内炼焦能力最大的地区(见图7)。很多所谓的“茶壶”炼油厂大多是生产流程较短的地方小型私营企业,其环保记录臭名昭著。

地方炼厂的原料来源广泛,包括来自国内油田的高硫重质原油、进口的原油和渣油。由于资金和技术的限制,这些小型炼油厂更可能面临品质不一的重质原料,因而生产的石油焦也更多、硫含量更高。

中国国有企业生产的石油焦的硫含量和金属含量通常比进口的燃料级石油焦要低,后者的硫含量通常为3%或以上。但是近年来从中东和南美地区(包括委内瑞拉)进口的高硫重质原油在中国原油进口中所占据的比重日益增大,国内生产的高硫石油焦也在不断增多。38随着非常规石油更多地进入全球石油供应,这种趋势可能将继续持续下去。

最近的全球油价滑落并不会影响中国对重质原油的偏爱,因为相比轻质低硫原油的价格,重质原油的优势仍将保持。事实上,由于其价格相对于煤炭和其他替代燃料有所下降,油价下跌甚至可能会促进石油焦的消费。

                                               

高硫石油焦的出口

中国出口少量(小于总需求5%)的高硫石油焦。中国出口的石油焦大部分都流入印度和巴林王国,可能用于金属行业。

尽管最近经济增长放缓,重工业对石油焦的需求减弱,但中国的原油进口量和炼油能力预计还将继续增加。这意味着中国未来将加入美国主导的石油焦出口市场,增大对其他发展中国家的高硫石油焦出口。这种转变将会带来的深远的国际环境影响需要被正视和解决。

石油焦与中国治理污染的努力

中国政府正在投入巨大的努力治理空气污染和削减煤炭消费。但石油焦却在很大程度上被遗漏了。

中国政府在处理大气污染和减少煤炭消费上投入了大量资源,但硫含量比煤炭高出数倍的石油焦却在很大程度上被遗漏了。

中国政府尚未开始监控石油焦的消费端和方式,部分原因在于政府尚未意识到日益上升的高硫石油焦消费,以及其新增的用途。直至2010年,有关石油焦消费的官方统计数据才出现,但其准确性值得商榷。截止到2015年初,政府仍未针对石油焦消费采取与煤炭类似的严格减排目标。

在2014年3月一个备受瞩目的发言中,中国总理李克强宣布向大气污染宣战,进而将环保问题提至前所未有的高度,与经济发展的重要性并列。他还表示,政府将致力于促进可再生能源和可持续发展。

煤炭消费和交通运输行业的排放已经被确定为中国空气污染的两大主要来源,政府对此也设定了严格的减排目标。但其他的工业燃料却迄今没有受到同样严格的检验和控制。目前也不清楚针对石油焦消费和正在发生深刻变化的石油供应链,中国是否有适用的规定。

尽管已经逐渐发展成为严重的污染源,但目前决策者对石油焦的关注似乎还比较少。许多中国环保专家和非商业领域的利益相关方对石油焦的使用和近期的增长也不了解。在采访中,即使一些从事相关行业的人员也表示他们从未听说过石油焦,其他人则对石油焦的不同类型及其使用知之甚少。                    

人们对石油焦的关注较少的部分原因可能是由于煤炭在中国能源中的主导地位。2013年中国的煤炭消费接近40亿吨,而仅3,300万吨石油焦消费相比之下显得无足轻重。39在中国数十亿吨煤炭所带来的总排放中,仅千万吨级用作燃料的石油焦的排放也显然不太值得注意。

但另外一个石油焦不受关注的原因或许更值得让人警醒。尽管中国的炼油厂生产了大量的高硫石油焦,并在不少工业企业内作为廉价替代燃料使用,但相关的决策者却并未能及时了解到这种趋势。

然而如果中国政府要严肃地对待空气质量问题,就不能忽视石油焦。石油焦的含硫量较高,燃烧一吨石油焦所排放的二氧化硫比一吨煤炭要多得多。有些石油焦的硫含量可能高达7%,40而相比之下中国煤炭的平均硫含量为1%。此外,由于石油焦的碳含量高,其温室气体的排放量也更高。更重要的是,石油焦是重质、低品位原油的副产物,这种原油在包括开采、运输和加工过程的全生命周期中所产生的温室气体可以比常规轻质原油的温室气体排放高出80%,因而石油焦在整个生命周期中对气候的损害甚至可能比煤炭要大的多。41

2013年中国国务院所发布的《大气污染防治行动计划》设定了大气污染的防治目标,要求到2017年北京附近的北方省份减少8000-9000万公吨的煤炭消费。42然而,《行动计划》中对石油焦仅提到一次,即“限制高硫石油焦的进口”,而并无任何有关石油焦的详细目标。大量进口石油焦并在其玻璃、水泥和陶瓷工厂中使用石油焦作燃料的山东省,也只被要求削减其煤炭消费。因此如果数千万吨含硫量比煤炭高几倍的石油焦不受监管的燃烧,那在煤炭削减方面取得的任何成果都将没有意义。

这些地方性的影响甚至也会与世界能源市场的变化紧密联系起来。随着全球石油重心开始由中东向北美转移,中国不断增加的非常规石油进口将很可能会给中国和世界带来更多的石油焦和碳排放。

中国不断增加的非常规石油进口将很可能会给中国和世界带来更多的石油焦和碳排放。

管理石油焦的未来

鉴于公众对石油焦的认识有限,在使用石油焦的行业中也缺乏对石油焦的环境影响的评估,目前中国尚未制定出能有效管理石油焦消费的政策框架。公平地说,许多国家,包括美国在内,也还在努力了解石油焦对工业生产及更广泛的温室气体排放的影响。

这为中国提供了领先一步的机会,通过有效管理石油焦的使用状况,协调相关政策,可以尽早控制这个石油副产物的燃烧与工业使用对大气污染以及气候变化的影响。

监督石油焦的使用

在中国,由于信息明显缺乏,因而很难追踪石油焦的使用情况。国家统计局出版的《中国能源统计年鉴》中直到2010年才纳入了有关石油焦生产和消费的数据。虽然现在有了一些信息,但这些信息通常不完整,而且难以验证。这对监管这种新的替代燃料形成了挑战,而且很可能也意味着二氧化硫和二氧化碳的排放量统计中存在疏漏。

改善石油焦的统计数据,加强对二氧化硫等污染物的监测系统,这对于确保环保政策的有效性至关重要。有关中国工业的石油焦消费量、消费地点、燃烧锅炉的类型等信息以及实时的在线监控数据都应公开而透明。

燃料级石油焦的工业用户大多数是在特定行业的小企业,因此其中许多用户可能不愿意报告其排放量。这对中国政府,尤其是地方统计机构来说将是一大挑战。另一方面,鉴于石油焦在不同行业内的不同用途,还需要在统计中加以区分,并实施相应的措施以进行管理。

密切监控为数众多小型企业的污染排放对中国大气污染治理的成败至关重要。

采取经济手段

石油焦之所以被用作煤炭的替代燃料是因为其价格低廉,因此排污费和碳价等经济政策手段将是限制石油焦使用并减缓其影响的最有效的政策工具。

中国政府一直更依赖于命令和控制的监管模式,比如设定减少煤炭消费的目标和根据生产规模大小来关闭工厂。这种模式间接鼓励了污染者扩大生产,并最终导致产能过剩,进而迫使行业内的企业不得不通过采用更低劣的燃料,或在污染治理上偷工减料等方式来降低生产成本。这种政策还带来了意料之外的效果,即鼓励企转向使用更廉价且不受监管的石油焦作为替代燃料。如果更多的污染者改用不受监管的低质燃料(例如石油焦),在降低煤炭消费方面付出的努力将受到损害。

相比之下,通过排污费用或碳价的方式使脏污燃料的环境成本内部化,则可奖励最有效率的生产商,而不是规模最大的生产商。在这种机制下,污染治理成本也能体现在商品的价格上传递给消费者。

从2015年起,中国新的环境法生效了。新环境法规定环境保护部有权根据污染者排放污染的严重程度对其征收比以往高得多的排污费用。如果污染者不遵守排放标准,甚至可能会面临刑事指控。这将有助于纠正目前的价格扭曲,降低石油焦作为煤炭的廉价的替代燃料的吸引力。

由于中国消耗的石油焦燃料有相当部分是从美国等国家进口的,征收进口关税可能会是抵消石油焦价格优势的一种有效手段。但是,鉴于美国炼油厂出口石油焦的强烈动机,进口关税必须设计得很高才能弥补其价格差异。为了增进有效性,需要在实行进口关税的同时对石油焦的使用进行直接限制。中国政府2013年颁布《大气污染防治行动计划》仅仅含糊地要求限制高硫石油焦的进口。但由于2014年中国的工业表现较差,特别是电解铝行业不断增大的亏损,以至于在《行动计划》发布18个月后,对高硫石油焦征收进口关税的决定仍然悬而未决。

另一个有效的措施是将石油焦消费纳入目前已在中国若干个城市进行试点的碳交易体系。该体系根据参与工厂的燃料使用量计算其碳排放量,但目前却很可能未将石油焦纳入其中,更不用说其他的替代燃料,比如电解铝的残阳极。在现有的碳交易试点城市中可能也没有较大的石油焦用户,但鉴于中国政府计划在2016年起在全国范围建立碳市场,43因此有必要尽快将石油焦的消费纳入其中。           

推广清洁技术

推广清洁技术,包括CFB锅炉和废气处理系统,是减少石油焦燃烧所带来的二氧化硫排放的另一种方式。

在CFB锅炉内燃烧石油焦,可以在产生大量热能的同时有效清除废气中的二氧化硫,而且成本低廉。这些锅炉尤其适用于燃烧品质低劣且成分不一致的煤炭,因而可以处理由于原油品质不同所带来的不同的石油焦。尽管CFB锅炉还不够达到中国通常新建燃煤电厂的规模,但它为部分炼油厂和工业企业提供了选择。

中国的炼油厂将继续生产石油焦,而随着进口原油的重质和劣质化,其硫分也会更高。如果中国想要解决污染问题,当务之急是以最合理的方式燃烧石油焦,将危害降至最低。要做到这一点,必须让使用高硫石油焦或其他替代燃料的工厂强制配备脱硫设备。

减少生产

从长远来看,以高价值的液体原料获取石油焦等廉价固体燃料的生产流程并非理想的炼油选择。在使用重质原油的炼油厂,石油焦大约占其石油产品的7%。

中国许多新建的和规划中的炼油厂都在考虑增加一个渣油加氢系统以减少其所产生的石油焦。通过渣油加氢的工艺将原本将转化为固体的渣油裂解为更多高价值的柴油、沥青、石蜡或其他燃料油,对新炼油厂是个很有吸引力的方案。然而这种设备的安装成本很高,而且要求更高效的炼化过程管理。中国政府应该要求新的炼油厂配备这些系统,并向现有的炼油厂提供财务支持,帮助其升级设施。

总结

从2013年起,中国的煤炭行业一直处于低迷。随着经济增长放缓和政府大力治理污染,煤炭行业前景不容乐观。在2015年初,煤炭价格只有2008年顶峰价格的一半左右。

石油焦的价格在2015年初也比前一年也有所降低。尽管不断下降的煤炭价格至少在短期内大大降低了石油焦的价格优势,然而从2014年下半年开始的油价暴跌,意味着考虑到价格传导的延迟,石油焦价格可能会在2015年继续呈现下滑的趋势。

石油焦的用户还没有面临像煤炭用户那样的严格环保规定。但目前疲软的需求正好给政府提供了一个良机,可藉此改善目前不受约束的石油焦燃料消费的现况。作为重质、劣质原油的副产物,石油焦对二氧化硫排放、大气雾霾和温室气体排放中都有不容小觑的影响,它对中国治理大气污染和气候变化的努力至关重要。从2006年起迅速增长石油焦消费,再次强调了完善制度建设以建立全面综合的污染控制体系的重要性、决策者将政治意愿与市场力量相结合,让污染不仅政治上不可忍,经济上也不可行。

卡内基国际和平研究院衷心感谢能源基金会中国、橡树基金会、气候工作基金会、威廉与佛洛拉·休利特基金会,以及蓝月亮基金会对该研究报告的慷慨支持。

备注

  1. 作者根据百川资讯2012年至2013年的月度石油焦进出口报告计算的结果。
  2. U.S. Energy Information Administration, “U.S. Exports to China of Petroleum Coke,” www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=mckexch1&f=a.
  3. John Kemp, “U.S. Petcoke Exports Surge as Demand at Home Falls,” Reuters, June 17, 2014, www.reuters.com/article/2014/06/17/us-usa-refineries-petcoke-kempidUSKBN0ES16020140617.
  4. “Petroleum Coke,” AFPM Industry 101, http://education.afpm.org/refining/petroleum-coke/.
  5. Energy Argus, “Petroleum Coke,” issue 14–30, July 30, 2014, www.argusmedia.com/~/media/Files/PDFs/Samples/Energy-Argus-Petroleum-Coke.pdf?la=en.
  6. U.S. Environmental Protection Agency, “Emission Factors for Greenhouse Gas Inventories,” www.epa.gov/climateleadership/documents/emission-factors.pdf.
  7. Deborah Gordon, “The Carbon Contained in Global Oils,” Carnegie Paper, Carnegie Endowment for International Peace, 2012, http://carnegieendowment.org/2012/12/18/carbon-contained-in-global-oils.
  8. Anthony Andrews and Richard K. Lattanzio, Petroleum Coke: Industry and Environmental Issues (Washington, DC: Congressional Research Service, October 29, 2013), www.nam.org/CRSreport.
  9. 例如:美国炼油业正考虑如何处理新型轻质致密油,这种原油不适合最近刚改建好的重质原油综合炼油厂。详见:http://www.eia.gov/analysis/studies/petroleum/lto/
  10. 作者利用PRELIM模型根据卡内基石油-气候指数第1阶段测试数据计算的结果。欲了解更多详细信息,详见:Deborah Gordon et al., Know Your Oil: Creating a Global Oil-Climate Index (Washington, DC: Carnegie Endowment for International Peace, 2015), http://carnegieendowment.org/2015/03/11/know-your-oilcreating-global-oil-climate-index.
  11. Lorne Stockman et al., Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands (Washington, DC: Oil Change International, January 2013), 6, http://priceofoil.org/content/uploads/2013/01/OCI.Petcoke.FINALSCREEN.pdf.
  12. “Refinery Coking Units—Global Market Analysis, Capacity Forecasts and Competitive Landscape to 2016,” MarketResearch.com, June 1, 2011, www.marketresearch.com/GlobalData-v3648/Refinery-Coking-Units-Global-Capacity-6394910/#toc.
  13. “Global Oil Refining Capacity to Grow Over 3 Percent,” Arab News, September 5,2014, www.arabnews.com/news/625236.
  14. U.S. Energy Information Administration, “Saudi Arabia,” www.eia.gov/countries/cab.cfm?fips=SA.
  15. Stockman et al., Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands, and Mitra Motaghi, Kanu Shree, and Sujatha Krishnamurthy, “Anode-Grade Coke From Traditional Crudes,” KBR Technology, 2010, www.kbr.com/Newsroom/Publications/Articles/Anode-Grade-Coke-from-Traditional-Crudes.pdf.
  16. Stockman et al., Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands.
  17. Alberta Energy Regulator, “Alberta Mineable Oil Sands Plant Statistics,” December 2014, www.aer.ca/documents/sts/ST39.pdf.
  18. 2015年2月,美国总统奥巴马否决了允许建设Keystone管道的议案。在2015年3月的投票中,参议院未能推翻总统对该议案的否决,但该项目的支持者称将继续努力,争取让该议案通过。
  19. U.S. Energy Information Administration, “Exports by Destination,” www.eia.gov/dnav/pet/PET_MOVE_EXPC_A_EPPC_EEX_MBBL_A.htm.
  20. U.S. Energy Information Administration, “U.S. Exports of Petroleum Coke,” www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=mckexus1&f=a.
  21. U.S. Energy Information Administration, “U.S. Exports of Petroleum Coke,” www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=mckrpus1&f=a.
  22. Stockman et al., Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands, http://priceofoil.org/content/uploads/2013/01/OCI.Petcoke.FINALSCREEN.pdf.
  23. U.S. Energy Information Administration, “Exports by Destination.”
  24. Stockman et al., Petroleum Coke: The Coal Hiding in the Tar Sands, http://priceofoil.org/content/uploads/2013/01/OCI.Petcoke.FINALSCREEN.pdf.
  25. BP, “BP Statistical Review of World Energy, June 2014,” www.bp.com/content/dam/bp/pdf/Energy-economics/statistical-review-2014/BP-statistical-review-of-worldenergy-2014-full-report.pdf.
  26. 作者根据百川资讯的数据计算的结果。
  27. 国家发展和改革委员会,《关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知》,http://www.sndrc.gov.cn/view.jsp?ID=3519
  28. 安迅思中国,《2014-2015石油焦市场年度报告》。
  29. 赵亚尧等,《高硫焦的硫含量对预焙阳极产生的质量和环境影响》,《云南冶金》,2010年6月,第39卷,第3期。
  30. 央视网,“化解产能过剩之电解铝”,2013年10月23日。http://jingji.cntv.cn/cjrddc/xt/13/index.shtml
  31. 王炜,于悦, “电解铝:产能严重过剩为何还在新上项目”,人民网,2013年5月20日,http://finance.people.com.cn/n/2013/0520/c1004-21536244.html
  32. 安迅思中国,《2014-2015石油焦市场年度报告》。
  33. “What Is the Circulating Fluidized Bed Technology?” 2010, Innovation and Information for Sustainable Living, www.innovateus.net/science/what-circulating-fluidized-bed-technology#How+different+is+the+second+generation+circulating+fluidized+bed+technology%3F.
  34. 百川资讯,2011年和2013年,《2013年12月份中国石油焦表观消费量》和《2011年12月份中国石油焦表观消费量》。
  35. 作者根据百川资讯2012年至2013年的月度石油焦进出口报告计算的结果。
  36. 何清,“应对炼油产能过剩 中石油新厂投产大幅延后”,《21世纪经济报道》,2014年2月11日,http://biz.21cbh.com/2014/2-11/wNMDA0MTdfMTA2MDgwNg.html
  37. 安迅思中国,“中国石油焦生焦高硫化、劣质化进程逐步加快”,2011年5月13日。http://www.icis-china.com/c1/common/detail.aspx?id=3408889&type=2
  38. 同上。
  39. “China’s Coal Consumption Growth Slows,” Xinhua, January 15, 2014, http://news.xinhuanet.com/english/china/2014-01/15/c_133048072.htm.
  40. 作者对山东省一家国有石油企业高管的采访,2014年11月。
  41. Gordon, “The Carbon Contained in Global Oils,” and the forthcoming Carnegie Oil-Climate Index.
  42. 徐楠,“中国大力控煤以净化空气”,中外对话,2013年9月13日。https://www.chinadialogue.net/blog/6356-Scepticism-over-China-s-air-pollution-plans/ch
  43. “China Plans National Carbon Market by 2016 Amid Emission Pledge,” Bloomberg, November 25, 2014, www.bloomberg.com/news/2014-11-25/china-plans-nationalcarbon-market-by-2016-amid-emission-pledge.html.