中國工程院院士孫麗麗 | 以多能互補(bǔ)的耦合體系助石化行業(yè)減碳
2022-10-14 17:08:33 admin
石化行業(yè)的發(fā)展關(guān)乎產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定、民生福祉改善，但其產(chǎn)業(yè)鏈條長、產(chǎn)品種類多、關(guān)聯(lián)覆蓋廣，減碳并非易事。統(tǒng)計顯示，2020年全行業(yè)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(zhuǎn)化過程中，約有25%的化石能源用于加熱、驅(qū)動設(shè)備等環(huán)節(jié)，其余則通過產(chǎn)品將碳排放延伸至終端消費(fèi)領(lǐng)域。
早前，工信部等六部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于“十四五”推動石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2025年，基本形成自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)布局合理、綠色安全低碳的高質(zhì)量發(fā)展格局。節(jié)能降碳怎么做？綠色發(fā)展怎么走？在近日舉行的2022全球能源轉(zhuǎn)型高層論壇上，中國工程院院士、全國工程勘察設(shè)計大師孫麗麗給出了建議。
孫麗麗用一組數(shù)據(jù)展示了行業(yè)現(xiàn)狀：2021年，我國煉油規(guī)模達(dá)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(chǎn)能均為世界第一，全國規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量多達(dá)2.69萬家。門類齊全、品種配套、技術(shù)先進(jìn)、具有較強(qiáng)競爭力的石化工業(yè)體系，為滿足人民日益增長的物質(zhì)生活需要、保障國家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。
但同時，高碳排放的現(xiàn)實(shí)不可忽視。孫麗麗坦言，其生產(chǎn)就是化石能源通過化學(xué)反應(yīng)和物理分離等復(fù)雜過程，轉(zhuǎn)化為清潔油品和化工材料。“這么重要的一個行業(yè)，既是能量提供者，也是能源消耗大戶。經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對石化產(chǎn)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(fā)展與清潔低碳的矛盾已成為重要任務(wù)。”
孫麗麗認(rèn)為，面對“雙碳”目標(biāo)，石化行業(yè)面臨著四大主要挑戰(zhàn)：基于現(xiàn)有工藝技術(shù)與工程技術(shù)，難以系統(tǒng)性解決節(jié)能降碳問題；基于現(xiàn)有加工路線，難以滿足“減油增化”的市場發(fā)展需要；現(xiàn)有工程裝備難以匹配新工藝和新用能系統(tǒng)；廢棄物循環(huán)高效利用，碳捕捉、封存和利用等技術(shù)攻關(guān)及工業(yè)應(yīng)用亟待突破。
“多年來，工藝及節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展，帶動行業(yè)能耗水平取得了長足進(jìn)步，但是相關(guān)技術(shù)也已進(jìn)入平臺期，很難持續(xù)解決減碳問題。為滿足市場需求，行業(yè)自身還在向著中下游產(chǎn)業(yè)鏈及高端化學(xué)品的方向延伸，在此過程中又會持續(xù)增加碳排放。轉(zhuǎn)型深度越深、產(chǎn)業(yè)鏈越長、碳排放越高，越需要跳出傳統(tǒng)思路進(jìn)行創(chuàng)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(tǒng)安全穩(wěn)定可靠。”孫麗麗表示。
如何破解難題？孫麗麗提出“構(gòu)建多能互補(bǔ)的能源耦合體系”的思路——以化石能源作為原料，用于生產(chǎn)潔凈能源及化工品、化工材料，以風(fēng)能、光能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能及核能等多種能源作為生產(chǎn)過程的能源提供者。讓生產(chǎn)過程耦合利用多種能源，充分發(fā)揮不同能源的屬性和特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)低碳化、資源利用高價值化、廢棄物回收資源化并兼具經(jīng)濟(jì)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(bǔ)充的方式。石油可以生產(chǎn)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(fēng)能、核能等作為能量的提供者，為生產(chǎn)過程供能。由此，滿足各自需要、發(fā)揮各自特性，更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。”孫麗麗進(jìn)一步解釋。
對標(biāo)石化行業(yè)清潔低碳高質(zhì)量發(fā)展要求，堅持目標(biāo)導(dǎo)向、問題導(dǎo)向和體系思維，具體可從三方面展開路徑攻關(guān)。“首先是對石化行業(yè)用能需求和多種能源供應(yīng)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(yè)屬于高危，需要保安保穩(wěn)，我們就得把工藝需求和裝備制造能力結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)性分析。”孫麗麗稱。
其次，分別是能源耦合支撐和耦合體系構(gòu)建，包括關(guān)鍵技術(shù)、能源管控模式的創(chuàng)新，體系目標(biāo)和耦合規(guī)則的建立以及耦合體系效果評估等內(nèi)容。孫麗麗舉例：“太陽能、風(fēng)能受到環(huán)境、時空等因素影響，而流程工業(yè)的最大特點(diǎn)是需要連續(xù)生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。如何讓其與間斷性的可再生能源更好結(jié)合？這就需要關(guān)鍵技術(shù)支撐，并要制定體系目標(biāo)、耦合有原則，對其效果展開系統(tǒng)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(tǒng)流程的重構(gòu)再造，解決工藝技術(shù)創(chuàng)新和變革問題；以能源系統(tǒng)設(shè)備升級，保障能源管理水平持續(xù)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(wěn)定性；建立能源管理機(jī)制，制定產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
對此，實(shí)踐探索已經(jīng)展開。例如，國家發(fā)改委去年10月發(fā)布的《石化化工重點(diǎn)行業(yè)嚴(yán)格能效約束推動節(jié)能降碳行動方案（2021-2025年）》，鼓勵石化基地或大型園區(qū)開展核電供熱、供電示范應(yīng)用，為核能與石化多能耦合體系構(gòu)建提供了參考。“小型高溫氣冷堆技術(shù)已取得顯著進(jìn)步，具有安全性好、出口溫度高等優(yōu)點(diǎn)，提供的高品質(zhì)蒸汽可涵蓋石化主要用氣需求。從化工行業(yè)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(chǎn)提供‘氫、汽、水、熱、電’。”孫麗麗表示。
再如，傳統(tǒng)石油煉制、加工轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜，一個煉廠可有多達(dá)40種以上工藝技術(shù)，難免加劇能耗及碳排放。通過流程再造，開發(fā)基于裂解新技術(shù)的煉化耦合新工藝，形成短流程最大化生產(chǎn)化學(xué)品，綜合能耗由此降低。其過程還可加入用能系統(tǒng)再電氣化，開發(fā)研制大型關(guān)鍵裝備電氣化替代的關(guān)鍵技術(shù)。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(guī)模，替代后每年可節(jié)省約134萬噸標(biāo)準(zhǔn)燃料，既拓寬了綠電應(yīng)用場景，又提升了應(yīng)用效率。
“新型煉化耦合新技術(shù)、油煤化一體化等進(jìn)步，促進(jìn)不同產(chǎn)業(yè)鏈融合，拓展了化石燃料高效利用途徑。新能源快速發(fā)展則提供了更好的廣闊應(yīng)用場景，用能替代后，可充分發(fā)揮化石能源資源屬性，用同樣的原油資源生產(chǎn)更多的清潔原料、化工品和化學(xué)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(yè)走出去聯(lián)盟
減碳面臨四大主要挑戰(zhàn)
讓生產(chǎn)過程耦合多種能源
四個重大難題亟待解決
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