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产能已居全球之首,我国乙烯产业低碳发展几大方向!

   日期:2022-08-23     浏览:0    评论:0    
核心提示:本站讯:乙烯是石油化学工业最基本的原料,是石油化学工业的龙头,能够带动塑料深加工、橡胶制品、纺织、包装材料、化工机械制造

本站讯:乙烯是石油化学工业最基本的原料,是石油化学工业的龙头,能够带动塑料深加工、橡胶制品、纺织、包装材料、化工机械制造、运输等相关行业乃至整个国民经济的发展,其生产规模和技术水平标志着一个国家石油化学工业的发展水平。

1、我国乙烯工业规模效应和聚集效应显著增强

历经半个多世纪的发展,我国乙烯工业已经取得巨大进步。特别是近十年,我国乙烯工业已具备较强规模实力,拥有实现高质量发展的雄厚基础。

2021年我国乙烯产能达4168万吨,占全球比例提高至20%,首次超过美国,成为世界最大的乙烯生产国。产业布局不断优化,形成了以国内原油资源为中心的东北、西北地区石化产业基地,以进口原油为主,紧贴市场中心的环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲沿海石化产业集群,其中环渤海湾和杭州湾的乙烯总产能占比达到37.5%。规模效应和集聚效应显著增强。

绿色成为高质量发展的鲜明底色,乙烯工业发展必须兼顾减碳。2021年我国乙烯当量消费量为5884万吨,占全球乙烯消费量的40%,是全球最大的乙烯消费国。尽管随着基数的增大和经济增速的放缓,我国乙烯当量需求增速有所下降,但市场潜力依然很大。

2、乙烯工业绿色低碳发展主要方向及技术路径

2021年我国石化化工行业CO2排放量占中国CO2排放总量8%左右,其中乙烯工业占行业的8%左右。蒸汽裂解生产乙烯是我国乙烯的最主要生产路线,约占我国乙烯总产能的 84%。碳排放源主要有裂解炉燃料燃烧CO2排放、热力和电消耗间接排放及火炬排放等,其中燃料燃烧直接排放、热力和电消耗间接排放是最主要的两大CO2排放源。因此提高裂解炉热效率、采用高效分离技术、智能化赋能以及蒸汽驱动向电力驱动转变是蒸汽裂解装置节能减排的有效路径之一。

01、裂解炉管强化传热技术通过改变裂解炉管内部结构或材料,改变炉管内流体流动状态,强化传热,减少燃料消耗和碳排放。‍

美国Lummus等公司开发的翅片管可将普通炉管热效率提高20%~30%,已较为成熟。加拿大久保田公司开发的MERT系列螺旋纹管可提高40%以上传热效率,目前已得到广泛应用。德国Schmidt + Clemens公司开发的Scope系列炉管,使用HT-E合金,通过均匀环流模式,提高热效率,从而减少燃料消耗。

02、裂解炉管涂层技术可延长裂解炉运行周期和炉管使用寿命,大幅降低结焦速率,减少燃料气消耗。‍

按功能可分为屏障涂层和催化涂层,屏障涂层主要起到惰性阻隔的作用,抑制结焦;催化涂层在阻隔作用的基础上,通过蒸汽气化反应,催化去除焦炭。

03、高效分离技术可提高裂解产物分离效率,大幅降低过程用能,是乙烯装置节能减排的重点措施之一。‍

除采用先进回收系统(ARS)和二元/三元制冷技术等不断优化传统精馏分离过程外,科学家们也在积极探索新型分离材料。如MAF-49、PCN-250等都被证明具有良好的乙烯/乙烷选择性;此外,浙江大学研究的新型氢键-有机框架材料(HOFs),是一种较好的乙烷类吸附剂。但目前这些材料仍处于实验室阶段,需持续研究,争取早日实现工业化应用。

04、智能控制系统通过数据辨识来建立输入变量与输出变量之间的关系模型,预测输出变量趋势并实现闭环控制,可提高装置运行平稳性和产品质量稳定性,降低装置能耗。‍

目前已有公司将人工智能(AI)技术应用于乙烯生产过程,信息化技术在未来将更多地帮助优化传统化工生产过程,进一步实现精细绿色生产。

05 、裂解炉电气化将成为降低乙烯裂解装置碳排放的重要路径。‍

全球多家公司以及国内的大型石油石化公司等都在进行电加热裂解炉研究。包括长寿命和大功率电热炉设计、新型高效电热体材料技术、先进控制系统等,均需实现技术突破。此外,芬兰Coolbrook公司与剑桥大学合作研制了旋转动态反应器(RDR)技术,其反应器中心是一个转速为20,000r/min的转子,预计将于2025年实现工业化。

同时,加快原油直接裂解制烯烃技术的工业推广;加强前瞻性、战略性和基础性的课题研究与技术攻关,做好技术储备、提供创新引领。重视天然气高附加值利用,加强甲烷制乙烯和合成气制烯烃的研究开发投入,力争催化剂等核心技术的突破和解决工程技术问题,早日实现工业化应用。加快废塑料热解油净化技术、二氧化碳制乙烯技术的研发节奏,实现废物的低成本资源化利用。布局第3代生物质制乙烯技术,提升乙醇转化率与选择性。

01、原油直接制化学品技术略通过原油直接蒸汽裂解或催化裂解,可显著降低生产过程能耗和碳排放。

直接蒸汽裂解主要取决于原油品质,而催化裂解的核心是催化剂。原油直接进入加氢裂化装置,脱硫并将高沸点组分转化为低沸点组分;之后经过分离,轻组分进入蒸汽裂解装置,重组分进入高苛刻度催化裂化装置,目前尚无相关工业化报道。

02、甲烷一步法制乙烯技术具有工艺流程短、耗能少、反应过程本身实现了温室气体零排放等优势,但目前仍未达到工业期望的效果。‍

在甲烷无氧一步法制乙烯方面,中国科学院大连化学物理研究所与中国石油等单位开发出了硅化物(氧化硅或碳化硅)晶格限域的单中心铁催化剂,但目前尚未见到中试试验报道。应继续加强甲烷制乙烯的研发投入,早日实现工业化应用。

03‍、合成气是碳资源转化利用的重要平台。

目前间接法已实现工业化应用,其中较具代表性的有中石化的SMTO工艺、中科院大连物化所DMTO工艺等。与间接法相比,直接法制低碳烯烃具有流程短、能耗较低等优势。中科院大连化物所、清华大学、中国石化等都开展了相关研究,应加快研发进程,力争早日实现工业化。

04、废塑料生产乙烯是将废塑料通过化学回收方法生成废塑料热解油,再经净化处理进入蒸汽裂解装置生产乙烯,进一步生产聚乙烯等下游产品,实现了塑料的闭环循环,兼具减污、减碳和节省资源的作用。

Axens公司联合Plastic Energy 和 REPSOL公司开发了废塑料热解-后精制-蒸汽裂解技术;SABIC公司开发了废塑料热解-加氢-蒸汽裂解技术,已完成工业示范,生产的再生聚合物已成功应用于联合利华、梦龙等产品包装。未来的研发重点为杂质脱除与装置对原料的适应性。

05 、以CO2为原料通过还原反应生成乙烯在降低生产排放的同时还实现了CO2的资源化利用。

Braskem公司于2020年宣布与UIC合作研发基于CO2电化学还原的乙烯生产技术。据测算,在使用可再生能源的前提下,该系统可将乙烯生产碳强度降低20%~30%。另外,大规模具有经济效益必须建立在成熟完备的CO2捕集与存储技术基础上,仍需将CO2富集等技术作为研发重点。

06、生物质原料生产乙烯可实现源头减碳‍。

目前第1代乙醇发酵法制乙烯技术已经成熟,聚合级生物乙烯生产技术Atol®为代表的第2代纤维素乙醇以及第3代生物微藻乙醇制乙烯技术仍在积极研发中,第2代和第3代技术的乙醇转化率与选择性、乙烯产率尚有待提高。

 
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