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產(chǎn)能已居全球之首,我國乙烯產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展幾大方向!

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發(fā)表時間:2022-08-23 13:27

乙烯是石油化學工業(yè)最基本的原料,是石油化學工業(yè)的龍頭,能夠帶動塑料深加工、橡膠制品、紡織、包裝材料、化工機械制造、運輸?shù)认嚓P行業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展,其生產(chǎn)規(guī)模和技術水平標志著一個國家石油化學工業(yè)的發(fā)展水平。


1、我國乙烯工業(yè)規(guī)模效應和聚集效應顯著增強

歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展,我國乙烯工業(yè)已經(jīng)取得巨大進步。特別是近十年,我國乙烯工業(yè)已具備較強規(guī)模實力,擁有實現(xiàn)高質量發(fā)展的雄厚基礎。


2021年我國乙烯產(chǎn)能達4168萬噸,占全球比例提高至20%,首次超過美國,成為世界最大的乙烯生產(chǎn)國。產(chǎn)業(yè)布局不斷優(yōu)化,形成了以國內(nèi)原油資源為中心的東北、西北地區(qū)石化產(chǎn)業(yè)基地,以進口原油為主,緊貼市場中心的環(huán)渤海灣、長江三角洲、珠江三角洲沿海石化產(chǎn)業(yè)集群,其中環(huán)渤海灣和杭州灣的乙烯總產(chǎn)能占比達到37.5%。規(guī)模效應和集聚效應顯著增強。

綠色成為高質量發(fā)展的鮮明底色,乙烯工業(yè)發(fā)展必須兼顧減碳。2021年我國乙烯當量消費量為5884萬噸,占全球乙烯消費量的40%,是全球最大的乙烯消費國。盡管隨著基數(shù)的增大和經(jīng)濟增速的放緩,我國乙烯當量需求增速有所下降,但市場潛力依然很大。


2、乙烯工業(yè)綠色低碳發(fā)展主要方向及技術路徑

2021年我國石化化工行業(yè)CO2排放量占中國CO2排放總量8%左右,其中乙烯工業(yè)占行業(yè)的8%左右。蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯是我國乙烯的最主要生產(chǎn)路線,約占我國乙烯總產(chǎn)能的 84%。碳排放源主要有裂解爐燃料燃燒CO2排放、熱力和電消耗間接排放及火炬排放等,其中燃料燃燒直接排放、熱力和電消耗間接排放是最主要的兩大CO2排放源。因此提高裂解爐熱效率、采用高效分離技術、智能化賦能以及蒸汽驅動向電力驅動轉變是蒸汽裂解裝置節(jié)能減排的有效路徑之一。

01、裂解爐管強化傳熱技術通過改變裂解爐管內(nèi)部結構或材料,改變爐管內(nèi)流體流動狀態(tài),強化傳熱,減少燃料消耗和碳排放。?


美國Lummus等公司開發(fā)的翅片管可將普通爐管熱效率提高20%~30%,已較為成熟。加拿大久保田公司開發(fā)的MERT系列螺旋紋管可提高40%以上傳熱效率,目前已得到廣泛應用。德國Schmidt + Clemens公司開發(fā)的Scope系列爐管,使用HT-E合金,通過均勻環(huán)流模式,提高熱效率,從而減少燃料消耗。


02、裂解爐管涂層技術可延長裂解爐運行周期和爐管使用壽命,大幅降低結焦速率,減少燃料氣消耗。?



按功能可分為屏障涂層和催化涂層,屏障涂層主要起到惰性阻隔的作用,抑制結焦;催化涂層在阻隔作用的基礎上,通過蒸汽氣化反應,催化去除焦炭。

03、高效分離技術可提高裂解產(chǎn)物分離效率,大幅降低過程用能,是乙烯裝置節(jié)能減排的重點措施之一。?



除采用先進回收系統(tǒng)(ARS)和二元/三元制冷技術等不斷優(yōu)化傳統(tǒng)精餾分離過程外,科學家們也在積極探索新型分離材料。如MAF-49、PCN-250等都被證明具有良好的乙烯/乙烷選擇性;此外,浙江大學研究的新型氫鍵-有機框架材料(HOFs),是一種較好的乙烷類吸附劑。但目前這些材料仍處于實驗室階段,需持續(xù)研究,爭取早日實現(xiàn)工業(yè)化應用。

04、智能控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)辨識來建立輸入變量與輸出變量之間的關系模型,預測輸出變量趨勢并實現(xiàn)閉環(huán)控制,可提高裝置運行平穩(wěn)性和產(chǎn)品質量穩(wěn)定性,降低裝置能耗。?



目前已有公司將人工智能(AI)技術應用于乙烯生產(chǎn)過程,信息化技術在未來將更多地幫助優(yōu)化傳統(tǒng)化工生產(chǎn)過程,進一步實現(xiàn)精細綠色生產(chǎn)。

05 、裂解爐電氣化將成為降低乙烯裂解裝置碳排放的重要路徑。?


全球多家公司以及國內(nèi)的大型石油石化公司等都在進行電加熱裂解爐研究。包括長壽命和大功率電熱爐設計、新型高效電熱體材料技術、先進控制系統(tǒng)等,均需實現(xiàn)技術突破。此外,芬蘭Coolbrook公司與劍橋大學合作研制了旋轉動態(tài)反應器(RDR)技術,其反應器中心是一個轉速為20,000r/min的轉子,預計將于2025年實現(xiàn)工業(yè)化。


同時,加快原油直接裂解制烯烴技術的工業(yè)推廣;加強前瞻性、戰(zhàn)略性和基礎性的課題研究與技術攻關,做好技術儲備、提供創(chuàng)新引領。重視天然氣高附加值利用,加強甲烷制乙烯和合成氣制烯烴的研究開發(fā)投入,力爭催化劑等核心技術的突破和解決工程技術問題,早日實現(xiàn)工業(yè)化應用。加快廢塑料熱解油凈化技術、二氧化碳制乙烯技術的研發(fā)節(jié)奏,實現(xiàn)廢物的低成本資源化利用。布局第3代生物質制乙烯技術,提升乙醇轉化率與選擇性。

01、原油直接制化學品技術略通過原油直接蒸汽裂解或催化裂解,可顯著降低生產(chǎn)過程能耗和碳排放。



直接蒸汽裂解主要取決于原油品質,而催化裂解的核心是催化劑。原油直接進入加氫裂化裝置,脫硫并將高沸點組分轉化為低沸點組分;之后經(jīng)過分離,輕組分進入蒸汽裂解裝置,重組分進入高苛刻度催化裂化裝置,目前尚無相關工業(yè)化報道。

02、甲烷一步法制乙烯技術具有工藝流程短、耗能少、反應過程本身實現(xiàn)了溫室氣體零排放等優(yōu)勢,但目前仍未達到工業(yè)期望的效果。?

在甲烷無氧一步法制乙烯方面,中國科學院大連化學物理研究所與中國石油等單位開發(fā)出了硅化物(氧化硅或碳化硅)晶格限域的單中心鐵催化劑,但目前尚未見到中試試驗報道。應繼續(xù)加強甲烷制乙烯的研發(fā)投入,早日實現(xiàn)工業(yè)化應用。

03?、合成氣是碳資源轉化利用的重要平臺。



目前間接法已實現(xiàn)工業(yè)化應用,其中較具代表性的有中石化的SMTO工藝、中科院大連物化所DMTO工藝等。與間接法相比,直接法制低碳烯烴具有流程短、能耗較低等優(yōu)勢。中科院大連化物所、清華大學、中國石化等都開展了相關研究,應加快研發(fā)進程,力爭早日實現(xiàn)工業(yè)化。

04、廢塑料生產(chǎn)乙烯是將廢塑料通過化學回收方法生成廢塑料熱解油,再經(jīng)凈化處理進入蒸汽裂解裝置生產(chǎn)乙烯,進一步生產(chǎn)聚乙烯等下游產(chǎn)品,實現(xiàn)了塑料的閉環(huán)循環(huán),兼具減污、減碳和節(jié)省資源的作用。



Axens公司聯(lián)合Plastic Energy 和 REPSOL公司開發(fā)了廢塑料熱解-后精制-蒸汽裂解技術;SABIC公司開發(fā)了廢塑料熱解-加氫-蒸汽裂解技術,已完成工業(yè)示范,生產(chǎn)的再生聚合物已成功應用于聯(lián)合利華、夢龍等產(chǎn)品包裝。未來的研發(fā)重點為雜質脫除與裝置對原料的適應性。

05 、以CO2為原料通過還原反應生成乙烯在降低生產(chǎn)排放的同時還實現(xiàn)了CO2的資源化利用。



Braskem公司于2020年宣布與UIC合作研發(fā)基于CO2電化學還原的乙烯生產(chǎn)技術。據(jù)測算,在使用可再生能源的前提下,該系統(tǒng)可將乙烯生產(chǎn)碳強度降低20%~30%。另外,大規(guī)模具有經(jīng)濟效益必須建立在成熟完備的CO2捕集與存儲技術基礎上,仍需將CO2富集等技術作為研發(fā)重點。

06、生物質原料生產(chǎn)乙烯可實現(xiàn)源頭減碳?。


目前第1代乙醇發(fā)酵法制乙烯技術已經(jīng)成熟,聚合級生物乙烯生產(chǎn)技術Atol?為代表的第2代纖維素乙醇以及第3代生物微藻乙醇制乙烯技術仍在積極研發(fā)中,第2代和第3代技術的乙醇轉化率與選擇性、乙烯產(chǎn)率尚有待提高。


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