石化化工行业是支撑国民经济发展的基础性产业，也是我国工业部门中用能集中、排放突出的重点行业。由于原料路线复杂且生产链条长，石化化工行业碳排放长期存在核算边界不清、关键减排环节不易定位等问题。现有研究多停留在国家或行业尺度估算和少数产品评估层面，且多依赖国外通用排放因子，缺乏针对中国国情的精准减排研究。

针对上述问题，清华大学地球系统科学系关大博教授研究团队系统厘清了中国石化化工行业“原料—工艺—产品”全流程投产关系，追溯具有中国特征的能耗与物耗数据，统一“工艺—工厂—链条—综合体”多层级核算框架，构建了覆盖123种化工产品、185种生产工艺的中国石化化工生产环节碳排放因子库。研究构建了全国石化生产工厂设施级年度二氧化碳排放清单（China Petrochemical CO₂ Emission Inventory，CEADs-CPEI），将化工综合体内部产品链关系纳入统一分析框架，系统揭示了中国石化化工行业在产品、工艺和生产链环节上的排放结构及关键减排环节。

图1. 2021年中国石化工厂二氧化碳排放（按产品、排放源及工艺分类）

图2. 细分生产工艺、排放单元的关键产品碳排放强度

研究结果显示，2021年中国石化化工生产环节二氧化碳排放总量约为8.14亿吨，其中能源相关排放占66.8%，工艺过程排放占33.2%（图1）。行业排放主要集中在上游基础化学品生产环节，该环节贡献了约73%的行业总排放，其中甲醇和合成氨两类产品合计贡献约48%。通过分析发现，原料路线、工艺反应类型和能耗结构显著影响碳排放强度（图2）。例如，与天然气路线相比，煤制甲醇和煤制合成氨的碳排放强度分别高约2.8和1.6 t CO₂/t产品。从不同工艺的主导排放来源看，高温反应工艺主要以燃料燃烧排放为主，部分脱氢工艺主要受蒸汽热力消耗影响，烧碱、聚丙烯和聚乙烯等产品则主要受电力使用影响。这表明，石化化工行业减排难以依靠单一方案实现，而应围绕主导排放来源，协同推进原料替代、工艺优化和电气化改造。

图3. 典型化工综合体关键产品生产链的碳排放与强度

研究沿产品链追踪了典型化工综合体内部各生产环节的排放量及碳强度累积过程，揭示了同一终端产品因上游原料配置和中间体转化路径不同而呈现出的显著排放差异（图3）。以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）和聚氯乙烯（PVC）等聚合物产品链为例，不同产品链的碳强度差异明显。PC链约为5.1 t CO_2/t产品，而PVC链约为2.7 t CO_2/t产品。同一产品链在不同综合体之间也存在显著差异。在PET链中，煤基草酸二甲酯路线的碳强度约为油基乙烯路线的1.5倍；在PBT链中，油基丁二烯路线的碳强度约为气基顺酐路线的1.5倍。这说明，行业排放不仅受单一工艺或产品影响，还受到综合体内部生产网络及上下游关系的共同作用。

相关成果以“中国石化化工行业工艺—工厂—链条—综合体减碳路径研究”（China’s petrochemical plants CO₂ emissions and high-impact contributors for carbon-neutrality production）为题发表于《科学进展》（Science Advances）杂志。清华大学地球系统科学系2024级博士生陈秀静为论文第一作者，伦敦大学学院雷天扬讲师与清华大学关大博教授为通讯作者。研究得到碳中和与能源智联国际科学大计划、国家自然基金委卓越创新群体等项目的资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx7784

供稿：陈秀静 关大博

编辑：王佳音

审核：张强