中国工程院院士孙丽丽以多能互补的耦合体系助石化行业减碳

石化行业的发展关乎产业链供应链安全稳定、民生福祉改善，但其产业链条长、产品种类多、关联覆盖广，减碳并非易事。统计显示，2020年全行业所排放的二氧化碳大约占到全社会排放总量的5%。在加工转化过程中，约有25%的化石能源用于加热、驱动设备等环节，其余则通过产品将碳排放延伸至终端消费领域。

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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