全球能源轉型浪潮下，傳統煉油行業正面臨減排與創新的雙重壓力。近期，浙江大學團隊在《Frontiers in Energy》期刊發表綜述，系統梳理了生物質原料與石油原料在現有煉油設備中的共處理技術進展。這項研究為煉油廠提供了一條“舊瓶裝新酒”的低碳路徑——無需大規模改造設施，即可生產更清潔的燃料。

為何需要“混搭”？

傳統煉油廠以石油為單一原料，但石油資源日益稀缺，且化石燃料使用加劇碳排放。生物質作為唯一可再生的碳源，理論上可替代部分石油。然而，生物質直接加工面臨兩大難題：一是其高含氧量、高酸性的特性與傳統煉油設備不兼容；二是獨立建設生物質煉廠成本高昂，難以規模化。

共處理技術的核心思路是“借殼生產”——將生物質原料（如植物油、熱解生物油）按一定比例與石油原料混合，利用現有煉油設備（如催化裂化裝置FCC、加氫處理裝置HDT）同步加工。這種模式既避免了新建生物煉廠的投資，又能利用煉油廠成熟的運輸和分銷網絡，顯著降低運營成本。數據顯示，與傳統生物煉廠相比，共處理可減少約20%的綜合成本。

植物油與石油的“化學反應”

植物油（如大豆油、廢棄食用油）因含氧量較低、化學結構簡單，成為目前共處理的主要生物質原料。巴西石油公司早在上世紀80年代便嘗試用大豆油替代部分石油進行催化裂化，結果發現所得汽油辛烷值更高，硫、氮雜質含量顯著降低。研究顯示，植物油在FCC裝置中裂解時，氧元素主要通過生成水的方式脫除，這一過程釋放的熱量甚至能降低裂解能耗。

然而，植物油并非完美選擇。其供應鏈受糧食市場波動影響，且原料供應量有限。近年來，木質纖維素類生物質（如秸稈、木材）因其成本低、來源廣，逐漸成為研究熱點。這類生物質通過熱解或水熱液化可轉化為生物油，但其高含氧量（可達50%）直接加工易導致設備結焦。為此，科學家開發了預處理技術：通過催化加氫脫氧（HDO）或催化快速熱解（CFP）降低生物油含氧量，使其更適配煉油工藝。

從實驗室到工業：共處理的“實戰考驗”

實驗室研究顯示，未經處理的木質纖維素生物油與石油混合加工時，即使添加比例僅3%，也會導致設備堵塞和焦炭產量激增。但預處理后的生物油表現顯著改善。例如，瑞典最大燃料公司Preem在Lysekil煉油廠進行中試，將2%的熱解生物油與石油共處理，成功產出符合標準的汽油和柴油，且未影響設備穩定性。該公司計劃未來兩年擴大規模，加工5萬噸生物油。

加氫處理（HDT）工藝的共處理案例同樣值得關注。芬蘭耐思特（Neste）公司利用現有HDT裝置，將廢棄油脂與石油混合加工，日產可再生柴油達4000桶。這種“混搭”模式不僅減少了對純石油的依賴，還因生物質碳的可再生性降低了全生命周期碳排放。

催化劑：共處理的“幕后推手”

無論是FCC還是HDT工藝，催化劑性能直接影響共處理效果。傳統煉油催化劑（如FCC平衡催化劑E-CAT、加氫處理鈷鉬催化劑）并非為生物質設計，但研究發現其仍具備一定適應性。例如，FCC催化劑中的沸石結構可吸附生物質含氧化合物，通過脫水反應脫氧；而鈷鉬催化劑在加氫處理中能同步脫除硫、氮和氧。不過，生物質中的堿金屬（如鉀、鈉）會中和催化劑酸性位點，導致失活。為此，科學家建議通過酸洗或過濾預處理生物油，去除金屬雜質。

經濟與環保的平衡術

共處理技術的最大吸引力在于其經濟性。以瑞典Preem項目為例，生物油與石油共處理無需改造設備，僅需調整進料系統。相較于獨立生物煉廠，這種模式節省了約80%的基建投資。環境效益同樣顯著：生物質碳替代化石碳可減少煉油環節碳排放，而共處理中生物質含氧化合物的高效轉化還降低了尾氣污染物排放。

不過，技術挑戰依然存在。例如，生物油與石油的相容性差可能導致分層；加氫處理中生物質脫氧產生的COx會抑制脫硫反應。對此，科學家提出分級加工策略：將預處理后的生物油與石油在不同反應段分別加工，或通過優化催化劑設計減少副反應。

未來：從“配角”到“主角”

盡管共處理技術尚未完全成熟，但其“即插即用”的特性為傳統煉油廠提供了一條漸進式轉型路徑。未來研究方向可能集中在三方面：一是開發生物質專用催化劑，提升共處理效率；二是建立生物質供應鏈，解決原料分散性問題；三是優化工藝參數，擴大生物質混合比例。

正如論文通訊作者王樹榮教授所言：“共處理不是顛覆性創新，而是現有工業體系的適應性升級。它讓煉油廠在維持生產的同時，逐步擁抱可再生能源。”這種“溫和變革”或許正是傳統能源巨頭邁向碳中和的關鍵一步。

在全球能源結構重塑的背景下，共處理技術像一座橋梁，連接著化石能源的今天與可再生能源的明天。它證明，綠色轉型未必需要推倒重來，善于利用現有資源同樣能開辟新天地。

來源: FIE能源前沿期刊