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                元宇宙 碳中和 区块链 快讯 正文
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                碳中和目标下的石油公司转型之路(石油公司如何应对碳中和)

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                文/,王红秋,中国石油化工研究院,中国石化杂志

                碳达峰碳中和在这一目标下,中国炼油和化工行业面临着发展和碳减排的双重挑战。一方面,随着经济的发展和市场需求的变化,对化学品和新材料的需求持续快速增长,带动了产能的快速增长。“十四五”期间,中国仍将有一批炼油化工一体化项目建成投产。预计2025年中国炼油能力将达到9.8亿吨,乙烯总生产能力超过5000万吨,成为世界上最大的炼油和乙烯生产商。另一方面,中国决心实现这一目标碳达峰2060年前碳中和的目标意味着炼油和化工行业的低碳发展是一个必然选择。

                考虑到中国炼油和化工行业的碳减排和发展,科技进步是根本。只有将科技与产业有效结合,加强与新能源、新一代信息技术、生物技术等新兴技术的融合,才能加快转型升级步伐,实现绿色环保,炼油和化工行业的低碳和可持续发展。

                原料多元化发展

                在中长期(未来10-15年),石油仍将是炼油和化工行业的主要原料。在“双碳”目标的推动下,乙烷丙烷丁烷原料比重提高,纤维素等非粮食生物质原料得到广泛应用,以废塑料为主的废高分子材料得到低成本回收利用;甲烷使用二氧化碳等原材料有望实现突破。简言之,炼油和化工生产将呈现石油、油田轻烃、乙烷、生物质、废高分子材料、二氧化碳和甲烷等原材料的多样化供应格局。

                生物制造从原材料来源减少碳排放是传统炼化工业绿色低碳转型升级的重要途径之一。以淀粉和油为代表的第一代生物制造业正处于成熟的商业化阶段。与木质纤维素(例如玉米秸秆)以第二代生物制造为原料,已逐步进入中试和产业化示范阶段。纤维素是一种典型的非粮食生物质原料,主要由碳、氢组成氧元素它在组成和结构上与石油烃有很大的相似性。它可以通过生物发酵或化学转化生产乙醇、航煤等液体燃料,也可以通过糖转化为乳酸甘油,丁二酸糠醛以及其他平台化合物,最终生成碳2~6产业链的下游产品。生物催化剂纤维素酶)它是生物制造的核心,也是影响生产成本的主要因素之一。目前,诺维信和杜邦和其他公司。纤维素本身能量密度低,纤维素酶成本高,经济性一直是制约生物制造业发展的瓶颈。PoeDSM、杜邦、阿本戈亚、iogen等公司先后进行了1万吨纤维素乙醇的商业示范,但尚未进行大规模生产。未来有必要发展高效、低成本的产业酶制剂建立稳定的原材料供应体系,支持生物制造业健康发展,帮助炼化工业实现低碳绿色发展。

                废塑料的回收利用具有减少污染和减少碳排放的协同效应,已成为减少污染的趋势塑料污染这是帮助炼油和化工行业实现碳中和的重要措施之一。2019年和2020年,中国废塑料累计量分别为6300万吨和7410万吨,回收量分别为1890万吨和1600万吨。回收方式以物理回收为主,回收率仅为30%和21%。自今年年初以来,国家颁布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》《“十四五”循环经济发展规划》《关于印发汽车产品生产者责任延伸试点实施方案通知》以及其他政策法规,强调加强废旧塑料等可再生资源的循环利用利用和构建循环经济发展模式。在政策的推动下,,废塑料回收技术引起了极大的关注,沙特基础工业公司Sabic)埃克森美孚、北京航天11研究院、科茂环境等国内外公司和机构通过自主研发或战略合作开发了化学回收技术。其中,Sabic是世界上第一个实现混合废塑料化学回收大规模应用生产聚合物的技术。北京航天十一所开发的航天废塑料热裂解技术(SHCP)成本较低剩余价值以废塑料为原料生产裂解油,已完成3000t/a示范装置试验。化学回收技术的成熟和推广可以减少原材料的消耗,进而减少对化学原材料的需求,从而减少碳排放。此外,开发和应用以低残值废塑料为原料的高效绿色技术,也是炼化企业实行生产者责任延伸最直接、最有效的途径。

                甲烷一步法乙烯具有工艺流程短、能耗低、反应过程本身实现温室气体零排放的优点。该技术主要包括两条路线:甲烷氧化偶联制乙烯(OCM)和甲烷一步厌氧制乙烯、芳烃和氢气。核心是催化剂。国内外许多研究机构做了大量的工作,取得了一些新的进展,但并没有达到预期的效果。前者报告的最新进展是,2015年,巴西的志留纪和布拉斯基姆德国人林德公司沙特阿美其saev公司在以下领域开展合作:得克萨斯州一台365吨/年OCM试验装置已建成投产。中国科学院大连化学物理研究所中国石油等单位对后者进行了深入研究,开发了硅化物(氧化硅或氧化硅)碳化硅格子单中心铁催化剂有限,但尚未报道中试试验。加大甲烷制乙烯的研发投入,力争在催化剂等核心技术上取得突破,解决专用反应器、分离精制工艺和工程放大等技术难题,尽快实现工业化应用。

                二氧化碳的资源化利用是实现发展和碳减排的最佳途径,在碳中和过程中发挥着重要作用。二氧化碳的资源化利用主要包括生物转化(光合作用)、矿化利用、化学合成等。碳达峰和碳中和目标的确立使碳捕获、利用和储存技术以及二氧化碳加氢技术越来越受到重视甲醇、二氧化碳定向转化为聚酯等生产技术日趋成熟。二氧化碳被焦炭还原为一氧化碳,然后通过生物发酵和二氧化碳反向合成生产甲醇、乙醇和后续产品碳氢化合物研究也正在进行中。国际能源机构据预测,到2050年,碳捕获、利用和储存技术将贡献约14%的二氧化碳减排量。目前,中国每年捕获、利用和储存的二氧化碳不到每年排放量的万分之二。高成本和低效率是重要的制约因素。推动碳捕获、利用和储存技术的大规模发展离不开政策支持、技术研发和模式创新的协同努力。

                产品正向高端化、精细化、定制化方向发展

                随着可再生能源产业的快速发展和交通领域电气化改革的不断推进,中国炼油化工行业的生产重点将逐步从保证成品油的需求和质量提升转向化工产品、化工新材料、化工新产品、化工新产品、化工新产品、化工新产品、化工新产品的生产,清洁运输能源和炼油特色产品,炼油化工一体化程度将进一步提高。同时,通过同时关停和优胜劣汰,最终形成与市场需求结构相匹配的产能。

                中国的运输石油将在2025年左右达到峰值,如图1所示。预计到2035年,汽油和柴油的总消费量将从2020年的2.8亿吨下降到2.2亿吨左右;航空煤油需求保持快速增长,从5000万吨增长到8000万吨左右;船舶燃料需求从2900万吨稳步增长至3900万吨。润滑剂、沥青、碳材料和石蜡优质三、四级润滑油基础油、环保沥青、特种沥青、高附加值石蜡、低硫、高附加值等精制特种产品的需求石油焦其他高端产品将保持快速增长。

                2035年的中国人均国内生产总值与2020年相比,对化学品和新材料的需求将保持快速增长,并促进产能扩张。石化原料在石油消费结构中的比例将从2020年的18%增加到2035年的30%左右。高端装备、汽车制造、电子信息、新能源、节能环保、新建筑、生物医药、智能电网3D打印等战略性新兴产业,带动高端合成树脂和高性能树脂的快速发展合成橡胶、工程塑料、可降解材料、电子化学品、高性能膜材料等新材料的需求持续增长,也使得相关新型化工材料的研发成为热点。

                同时,随着经济的发展和人类生活水平的提高,健康环保意识的增强,市场对产品质量,品种,功能的要求将会更高,更新,更细,,医疗、卫生、环保、新建筑等绿色材料的需求将越来越大。国家发展和改革委员会发布《产业结构调整指导目录(2019年本)》明确指出,鼓励对促进经济社会发展具有重要作用,有利于满足人们对美好生活的需求,促进高质量发展。石化行业有17个鼓励类,包括特殊行业聚烯烃、改性橡胶热塑性弹性体、新型精细化学品、生物高聚物材料等。中国化学工业正在从大宗化学品生产向特种、精细、环保化学品生产转型,寻找更广阔的价值重构和重建空间。

                工艺能耗继续向低碳电气化方向发展

                在炼油和化工生产过程中,化石燃料燃烧排放量占总排放量的一半以上。为了减少过程能源的碳排放,以低碳或非碳燃料取代高碳燃料,实现供热和能源供应的电气化是必然趋势。根据清华大学、中国石油经济技术研究院全球能源互联网发展合作组织其他机构预测,到2050年,非化石能源将占一次能源消费的66%以上,煤炭、石油和天然气将占66%以上天然气电力在终端能耗中的比重明显下降,电力在终端能耗中的比重达到55%以上。随着国家能源结构不断向非化石能源转型,清洁能源装机容量比重大幅提升,未来炼化生产过程能耗将继续向低碳、电气化方向发展。

                过程能源电气化不仅需要能源供应领域的重大变革,还需要基础设施、过程技术和工程设备的相应变革。以蒸汽裂解装置为例,林德等国内外主要裂解技术专利权人和许多裂解炉用户如、陶氏化学和其他公司正在加速开发蒸汽裂解装置的新电气化技术。陶氏化学公司联合开发协议于2020年6月宣布。双方与荷兰应用科学研究组织(TNO)和可持续工艺技术研究所(ispt)合作,在电气设计、冶金和计算流体力学方面取得了进展,并验证了低碳排放和电加热元件耐久性的优势,双方目前正在评估一座电解裂化中试工厂的建设,预计将于2025年开工。巴斯夫沙特阿拉伯基础产业和林德公司也在共同发展蒸汽裂解对于机组的电加热解决方案,最早将于2023年启动中试装置。除了寻求长寿命大功率电炉研发的技术突破外,还需要对新型高效电加热器材料和先进控制系统进行深入研究。

                生产过程正在向集约化、高效化方向发展

                炼化企业将在“双碳”目标下,大力降低能耗,减少排放,提高原油转化率,最大限度地降低能源和原材料消耗,通过工艺强化、工艺改进、技术组合、工艺优化和分子管理,最大限度地提高装置运行效率和生产灵活性,减少其他因素的限制,有效应对不断变化的发展环境。

                优化工厂设计和工艺流程,开发和应用能源管理系统是节能减排的重要途径之一。埃克森美孚的全球能源管理系统于2000年启动,其新加坡工厂使用该系统建立了最佳数量的流程凝结水旁通并输送至处理装置,以最大限度地回收热量,减少蒸汽补充和冷却水系统负荷。炼油厂能效提高17%,化工厂乙烯裂解装置能效提高21%。此外,埃克森美孚还设计和开发了一系列传统塔蒸馏塔合并为一个,并应用于英国的Fawley炼油厂进行回收二甲苯,它比传统工艺节省约50%的能源。

                化学工艺强化技术是解决方案化学工业是解决“高能耗、高污染、高物耗”问题的有效技术手段。其实质是通过一定的技术手段,在不同的空间尺度上控制和改变物质的时空分布和能量分布,实现物质、设备和过程在空间、时间和能量上的最优匹配。专注于微反应器、超重力、微波和工艺耦合等反应强化技术,实现分子传递和反应过程的多尺度柔性协调控制,快速提高传热、传质、混合和宏观反应速率,有效促进化工绿色、低碳、可持续发展。

                从分子水平理解和使用石油,实现对石油的理解碳氢化合物分子的定向转化基本上可以实现原油高效转化为化学品。复杂石油系统分子组成的定量表征是化学领域的一个难题。基于分子组成的性质预测还没有形成完善的理论体系,分离反应过程的模拟还远远没有深入到分子水平。建立从分子水平了解石油及其转化率的平台,形成石油烃类结构特征和核心化学反应规律的系统理论,开发针对性强、高效的催化剂和生产工艺,可以实现石油烃分子的定向高效转化。

                运营管理正向数字化、智能化方向发展

                智能化经营管理是炼化企业降低成本、提高效率、提高核心竞争力、实现高质量发展的重要措施之一。以物联网、大数据、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术,与传统炼化行业进行整合创新,支撑炼化行业高质量发展。数字化、智能化贯穿于设计、施工、生产运维、运营管理、新产品开发、产品营销、技术支持和服务的全过程,从工艺优化、生产控制、供应链管理贯穿其中设备管理、能源使用管理、HSE管理等方面,提高企业动态感知、优化协调、预测预警、科学决策的能力,实现企业卓越经营的目标。

                智能化工厂的建设是一项系统工程。智能化的前提是数字化,数字化的前提是自动化。目前,炼化企业的信息系统每天都会产生大量的数据。但由于物理设备和前期规划等原因,这些数据在采集和存储过程中没有采用统一的协议,无法顺利进行大数据分析,极大地制约了智能化改造的实施。应统一新旧设备中的传感器等电子设备,使采集的数据具有相当的准确性和实时性,并建立统一的数据采集和存储协议,使其成为石化企业智能化改造的基础设施。在自动化向数字化、智能化升级的过程中,应尽可能考虑节约成本和提高效益。

                同时,推动炼油和化工智能相关技术的研发,包括炼油和化工过程工艺参数超精密测量技术、炼化全过程设备物联网技术、多层次建模与仿真技术等关键技术为炼化企业智能化改造提供了软硬件技术支持。

                免责声明:以上内容均为能源情报转载,不代表平台的位置。

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