中國工程院院士孫麗麗 | 以多能互補的耦合體系助石化行業減碳
2022-10-14 17:08:33 admin
石化行業的發展關乎產業鏈供應鏈安全穩定、民生福祉改善，但其產業鏈條長、產品種類多、關聯覆蓋廣，減碳并非易事。統計顯示，2020年全行業所排放的二氧化碳大約占到全社會排放總量的5%。在加工轉化過程中，約有25%的化石能源用于加熱、驅動設備等環節，其余則通過產品將碳排放延伸至終端消費領域。
早前，工信部等六部門聯合印發的《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》提出，到2025年，基本形成自主創新能力強、結構布局合理、綠色安全低碳的高質量發展格局。節能降碳怎么做？綠色發展怎么走？在近日舉行的2022全球能源轉型高層論壇上，中國工程院院士、全國工程勘察設計大師孫麗麗給出了建議。
孫麗麗用一組數據展示了行業現狀：2021年，我國煉油規模達到9億噸、位列世界第二，乙烯、PX、合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等產能均為世界第一，全國規模以上企業數量多達2.69萬家。門類齊全、品種配套、技術先進、具有較強競爭力的石化工業體系，為滿足人民日益增長的物質生活需要、保障國家能源安全、促進經濟發展作出重要貢獻。
但同時，高碳排放的現實不可忽視。孫麗麗坦言，其生產就是化石能源通過化學反應和物理分離等復雜過程，轉化為清潔油品和化工材料。“這么重要的一個行業，既是能量提供者，也是能源消耗大戶。經濟社會發展對石化產品的需求仍在不斷增長，尤其是高端化工材料保障水平還有欠缺，解決好發展與清潔低碳的矛盾已成為重要任務。”
孫麗麗認為，面對“雙碳”目標，石化行業面臨著四大主要挑戰：基于現有工藝技術與工程技術，難以系統性解決節能降碳問題；基于現有加工路線，難以滿足“減油增化”的市場發展需要；現有工程裝備難以匹配新工藝和新用能系統；廢棄物循環高效利用，碳捕捉、封存和利用等技術攻關及工業應用亟待突破。
“多年來，工藝及節能降耗技術的發展，帶動行業能耗水平取得了長足進步，但是相關技術也已進入平臺期，很難持續解決減碳問題。為滿足市場需求，行業自身還在向著中下游產業鏈及高端化學品的方向延伸，在此過程中又會持續增加碳排放。轉型深度越深、產業鏈越長、碳排放越高，越需要跳出傳統思路進行創新。與之相配套的裝備也要更新，能夠匹配新的工藝過程，并保障用能系統安全穩定可靠。”孫麗麗表示。
如何破解難題？孫麗麗提出“構建多能互補的能源耦合體系”的思路——以化石能源作為原料，用于生產潔凈能源及化工品、化工材料，以風能、光能、地熱能、生物質能及核能等多種能源作為生產過程的能源提供者。讓生產過程耦合利用多種能源，充分發揮不同能源的屬性和特征，進而實現能源結構低碳化、資源利用高價值化、廢棄物回收資源化并兼具經濟性。
“也就是說，按照不同資源條件和用能對象，采取多種類型能源相互補充的方式。石油可以生產碳材料、化工新材料、清潔油品等，那就讓它回歸原料本色，太陽能、風能、核能等作為能量的提供者，為生產過程供能。由此，滿足各自需要、發揮各自特性，更好地保護生態環境。”孫麗麗進一步解釋。
對標石化行業清潔低碳高質量發展要求，堅持目標導向、問題導向和體系思維，具體可從三方面展開路徑攻關。“首先是對石化行業用能需求和多種能源供應特征的分析。不是所有能源都可以用其他能源來代替，比如有些流程工業屬于高危，需要保安保穩，我們就得把工藝需求和裝備制造能力結合起來進行系統性分析。”孫麗麗稱。
其次，分別是能源耦合支撐和耦合體系構建，包括關鍵技術、能源管控模式的創新，體系目標和耦合規則的建立以及耦合體系效果評估等內容。孫麗麗舉例：“太陽能、風能受到環境、時空等因素影響，而流程工業的最大特點是需要連續生產，保證生產的穩定性和安全性。如何讓其與間斷性的可再生能源更好結合？這就需要關鍵技術支撐，并要制定體系目標、耦合有原則，對其效果展開系統評估。”
新思路的落地需要過程。孫麗麗直言，目前仍有四個重大難題待解決，即以傳統流程的重構再造，解決工藝技術創新和變革問題；以能源系統設備升級，保障能源管理水平持續提升、滿足工藝過程需要；保障多種能源供給過程中的安全穩定性；建立能源管理機制，制定產業政策和標準規范。
對此，實踐探索已經展開。例如，國家發改委去年10月發布的《石化化工重點行業嚴格能效約束推動節能降碳行動方案（2021-2025年）》，鼓勵石化基地或大型園區開展核電供熱、供電示范應用，為核能與石化多能耦合體系構建提供了參考。“小型高溫氣冷堆技術已取得顯著進步，具有安全性好、出口溫度高等優點，提供的高品質蒸汽可涵蓋石化主要用氣需求。從化工行業來講，自身也需要做綠電、綠氫、供暖、海水淡化等一系列工作，前者正好可以為化工生產提供‘氫、汽、水、熱、電’。”孫麗麗表示。
再如，傳統石油煉制、加工轉化過程復雜，一個煉廠可有多達40種以上工藝技術，難免加劇能耗及碳排放。通過流程再造，開發基于裂解新技術的煉化耦合新工藝，形成短流程最大化生產化學品，綜合能耗由此降低。其過程還可加入用能系統再電氣化，開發研制大型關鍵裝備電氣化替代的關鍵技術。比如將原有的燃料加熱爐改為電加熱爐，基于千萬噸原油加工規模，替代后每年可節省約134萬噸標準燃料，既拓寬了綠電應用場景，又提升了應用效率。
“新型煉化耦合新技術、油煤化一體化等進步，促進不同產業鏈融合，拓展了化石燃料高效利用途徑。新能源快速發展則提供了更好的廣闊應用場景，用能替代后，可充分發揮化石能源資源屬性，用同樣的原油資源生產更多的清潔原料、化工品和化學品、高端新材料、特色油品。”孫麗麗稱。
資料來源：中國能源報（記者：朱妍）、石化行業走出去聯盟
減碳面臨四大主要挑戰
讓生產過程耦合多種能源
四個重大難題亟待解決
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