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早前,工信部等六部门联合印发的《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》提出,到2025年,基本形成自主创新能力强、结构布局合理、绿色安全低碳的高质量发展格局。节能降碳怎么做?绿色发展怎么走?在近日举行的2022全球能源转型高层论坛上,中国工程院院士、全国工程勘察设计大师孙丽丽给出了建议。
■■减碳面临四大主要挑战
孙丽丽用一组数据展示了行业现状:2021年,我国炼油规模达到9亿吨、位列世界第二,乙烯、PX、合成树脂、合成橡胶、合成纤维等产能均为世界第一,全国规模以上企业数量多达2.69万家。门类齐全、品种配套、技术先进、具有较强竞争力的石化工业体系,为满足人民日益增长的物质生活需要、保障国家能源安全、促进经济发展作出重要贡献。
但同时,高碳排放的现实不可忽视。孙丽丽坦言,其生产就是化石能源通过化学反应和物理分离等复杂过程,转化为清洁油品和化工材料。“这么重要的一个行业,既是能量提供者,也是能源消耗大户。经济社会发展对石化产品的需求仍在不断增长,尤其是高端化工材料保障水平还有欠缺,解决好发展与清洁低碳的矛盾已成为重要任务。”
孙丽丽认为,面对“双碳”目标,石化行业面临着四大主要挑战:基于现有工艺技术与工程技术,难以系统性解决节能降碳问题;基于现有加工路线,难以满足“减油增化”的市场发展需要;现有工程装备难以匹配新工艺和新用能系统;废弃物循环高效利用,碳捕捉、封存和利用等技术攻关及工业应用亟待突破。
“多年来,工艺及节能降耗技术的发展,带动行业能耗水平取得了长足进步,但是相关技术也已进入平台期,很难持续解决减碳问题。为满足市场需求,行业自身还在向着中下游产业链及高端化学品的方向延伸,在此过程中又会持续增加碳排放。转型深度越深、产业链越长、碳排放越高,越需要跳出传统思路进行创新。与之相配套的装备也要更新,能够匹配新的工艺过程,并保障用能系统安全稳定可靠。”孙丽丽表示。
■■让生产过程耦合多种能源
如何破解难题?孙丽丽提出“构建多能互补的能源耦合体系”的思路——以化石能源作为原料,用于生产洁净能源及化工品、化工材料,以风能、光能、地热能、生物质能及核能等多种能源作为生产过程的能源提供者。让生产过程耦合利用多种能源,充分发挥不同能源的属性和特征,进而实现能源结构低碳化、资源利用高价值化、废弃物回收资源化并兼具经济性。
“也就是说,按照不同资源条件和用能对象,采取多种类型能源相互补充的方式。石油可以生产碳材料、化工新材料、清洁油品等,那就让它回归原料本色,太阳能、风能、核能等作为能量的提供者,为生产过程供能。由此,满足各自需要、发挥各自特性,更好地保护生态环境。”孙丽丽进一步解释。
对标石化行业清洁低碳高质量发展要求,坚持目标导向、问题导向和体系思维,具体可从三方面展开路径攻关。“首先是对石化行业用能需求和多种能源供应特征的分析。不是所有能源都可以用其他能源来代替,比如有些流程工业属于高危,需要保安保稳,我们就得把工艺需求和装备制造能力结合起来进行系统性分析。”孙丽丽称。
其次,分别是能源耦合支撑和耦合体系构建,包括关键技术、能源管控模式的创新,体系目标和耦合规则的建立以及耦合体系效果评估等内容。孙丽丽举例:“太阳能、风能受到环境、时空等因素影响,而流程工业的最大特点是需要连续生产,保证生产的稳定性和安全性。如何让其与间断性的可再生能源更好结合?这就需要关键技术支撑,并要制定体系目标、耦合有原则,对其效果展开系统评估。”
■■四个重大难题亟待解决
新思路的落地需要过程。孙丽丽直言,目前仍有四个重大难题待解决,即以传统流程的重构再造,解决工艺技术创新和变革问题;以能源系统设备升级,保障能源管理水平持续提升、满足工艺过程需要;保障多种能源供给过程中的安全稳定性;建立能源管理机制,制定产业政策和标准规范。
对此,实践探索已经展开。例如,国家发改委去年10月发布的《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)》,鼓励石化基地或大型园区开展核电供热、供电示范应用,为核能与石化多能耦合体系构建提供了参考。“小型高温气冷堆技术已取得显著进步,具有安全性好、出口温度高等优点,提供的高品质蒸汽可涵盖石化主要用气需求。从化工行业来讲,自身也需要做绿电、绿氢、供暖、海水淡化等一系列工作,前者正好可以为化工生产提供‘氢、汽、水、热、电’。”孙丽丽表示。
再如,传统石油炼制、加工转化过程复杂,一个炼厂可有多达40种以上工艺技术,难免加剧能耗及碳排放。通过流程再造,开发基于裂解新技术的炼化耦合新工艺,形成短流程最大化生产化学品,综合能耗由此降低。其过程还可加入用能系统再电气化,开发研制大型关键装备电气化替代的关键技术。比如将原有的燃料加热炉改为电加热炉,基于千万吨原油加工规模,替代后每年可节省约134万吨标准燃料,既拓宽了绿电应用场景,又提升了应用效率。
“新型炼化耦合新技术、油煤化一体化等进步,促进不同产业链融合,拓展了化石燃料高效利用途径。新能源快速发展则提供了更好的广阔应用场景,用能替代后,可充分发挥化石能源资源属性,用同样的原油资源生产更多的清洁原料、化工品和化学品、高端新材料、特色油品。”孙丽丽称。
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对比2024年、2025年政府工作报告,从去年全国两会提出“降低2.5%左右”到今年“降低3%左右”,单位国内生产总值能耗预期目标的变化彰显出我国加快经济社会发展全面绿色转型的决心和力度,也对各行各业产能优化升级提出新的要求。作为推动经济社会发展的重要引擎,能源行业的产能优化是涉及国家战略安全
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