未來(lái)十年, 化工企業(yè)應(yīng)如何提高資源效率及減少運(yùn)營(yíng)中的碳足跡?
作者:艾斯本化工行業(yè)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)Anahita Khanlari博士;
艾斯本解決方案專(zhuān)家顧問(wèn)竺建敏博士
接下來(lái)的幾十年里,全球化學(xué)品需求看漲,迫使化工企業(yè)增產(chǎn),同時(shí),為緩解氣候和環(huán)境危機(jī),該行業(yè)不得不向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。面對(duì)雙重挑戰(zhàn),企業(yè)有必要采用創(chuàng)造性解決方案,回收或重復(fù)使用材料,創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì),以替代線性經(jīng)濟(jì)。聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)12強(qiáng)調(diào)了“負(fù)責(zé)任的消費(fèi)和生產(chǎn)”理念,許多化工企業(yè)已經(jīng)采納并將其作為指導(dǎo)方針。
化工企業(yè)正在采取各種方法來(lái)提高資源效率,追求能源效率是一個(gè)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),可能不需要大量的資本投資。當(dāng)前,全球地緣政治沖突頻發(fā),能源安全和提高能源效率成為化工企業(yè)高管的主要關(guān)注點(diǎn)。另一個(gè)提高資源效率的方法是重復(fù)使用原材料,比如先進(jìn)的塑料回收再利用方案。
需要注意的是,在追求最佳資源效率的過(guò)程中,與小型特種化學(xué)品制造商相比,大宗化學(xué)品制造商可能采用一套不同的策略。例如,乙烯生產(chǎn)商亟需減少范圍1的排放,而特種聚合物制造商可能專(zhuān)注于消除廢物和產(chǎn)品的循環(huán)性。無(wú)論化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠的規(guī)模、性質(zhì)和優(yōu)先級(jí)如何,數(shù)字解決方案都有助于最大限度地提高資源效率。整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈需要具備全面的視野,從整體上提高運(yùn)營(yíng)效率、盈利能力和可持續(xù)性。
有效的計(jì)劃和調(diào)度
疫情期間,全球供應(yīng)鏈承受了前所未有的壓力,能源和化工行業(yè)的供應(yīng)鏈頻繁中斷。醫(yī)療保健領(lǐng)域?qū)λ芰系男枨竺驮觯瑢?duì)能源的需求卻急劇下降。雖然疫情逐漸退去,世界開(kāi)始重新回到正軌,但歐洲的沖突加劇了市場(chǎng)波動(dòng)。面對(duì)如此風(fēng)云變幻的市場(chǎng)環(huán)境,化工企業(yè)可以通過(guò)整合上下游模式保持盈利,通過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度滿(mǎn)足產(chǎn)品需求,同時(shí)節(jié)約資源(如原料),最大限度地提高生產(chǎn)利潤(rùn)。例如,東南亞知名烯烴和芳烴生產(chǎn)商PTT全球化工與艾斯本合作開(kāi)展了一個(gè)供應(yīng)鏈計(jì)劃優(yōu)化項(xiàng)目,以提高供應(yīng)鏈的可見(jiàn)性。
提高能源效率,減少碳足跡
一些化工企業(yè)在嘗試新的商業(yè)模式,以利用新原料、新能源和新產(chǎn)品,另一些承諾減少碳足跡,并在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和。除了歐盟的排放交易系統(tǒng)(ETS),世界其他地區(qū)也在考慮以交易市場(chǎng)的形式推動(dòng)碳稅。偏離這些目標(biāo)將導(dǎo)致高昂的運(yùn)營(yíng)成本并大幅削減利潤(rùn)率。排放交易免費(fèi)配額預(yù)計(jì)會(huì)減少,這反過(guò)來(lái)又會(huì)推高碳排放許可證價(jià)格。企業(yè)要想長(zhǎng)期生存和發(fā)展,除了減少燃料氣體和蒸汽等公用事業(yè)需求,還必須提高重要工藝的能源效率。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、原材料波動(dòng)、利潤(rùn)率較低,大宗化學(xué)品生產(chǎn)商只需稍稍改進(jìn)操作以提高能源效率,就能顯著提升凈利潤(rùn)。
創(chuàng)建工廠數(shù)字孿生可以幫助識(shí)別整個(gè)工廠的機(jī)會(huì),無(wú)需資本投資即可提高能源效率。例如,LG化學(xué)公司在韓國(guó)大山年產(chǎn)90萬(wàn)噸的乙烯工廠使用Aspen Plus和Aspen Energy Analyzer為工廠創(chuàng)建了數(shù)字孿生。一次能源分析就能發(fā)現(xiàn)約60個(gè)節(jié)能機(jī)會(huì)。在對(duì)商業(yè)和運(yùn)營(yíng)可行性進(jìn)行評(píng)估后,LG化學(xué)選擇了其中的20個(gè)機(jī)會(huì)并實(shí)施了相應(yīng)的舉措,最終減少了3-4%的整體能耗,估計(jì)每年將為工廠帶來(lái)1000萬(wàn)美元的額外利潤(rùn)。
提高利潤(rùn)率和減少碳足跡的另一個(gè)途徑是優(yōu)化燃料、氫氣和蒸汽等公用事業(yè),一些大型化工企業(yè)正是采用積極的公用事業(yè)管理方式來(lái)提高能源效率。通過(guò)部署先進(jìn)過(guò)程控制(APC)和數(shù)字孿生等數(shù)字解決方案,企業(yè)將能夠更好地了解和控制公用事業(yè)的運(yùn)行情況、排放水平和降耗機(jī)會(huì)。幾十年來(lái),APC一直被過(guò)程行業(yè)用以提高過(guò)程效率。除了解決非線性問(wèn)題,新的APC工具還能利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML),從工廠的歷史績(jī)效中學(xué)習(xí),用戶(hù)只需花費(fèi)很少的時(shí)間,即可優(yōu)化所需的經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)變量。同樣,數(shù)字孿生是跟蹤和管理排放的強(qiáng)大工具,還能就消除工藝瓶頸提供諸多洞察。數(shù)字孿生有助于在設(shè)備層面進(jìn)行監(jiān)測(cè),定位排放源,并幫助驗(yàn)證和協(xié)調(diào)可用于報(bào)告和決策的全站數(shù)據(jù)。
減少?gòu)U物產(chǎn)生
化工行業(yè)產(chǎn)生的廢物占全球廢物總量的很大一部分。廢物可以是液體、固體或氣體。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(EPA)的數(shù)據(jù)顯示,僅在美國(guó),2019年就有2.37萬(wàn)臺(tái)有源發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了3490萬(wàn)噸危險(xiǎn)廢物。由于化工行業(yè)消耗大量的水來(lái)冷卻過(guò)程或作為工藝的一部分,廢水是最大的廢物流。
為盡量減少?gòu)U物的產(chǎn)生,化工行業(yè)以不同的方式利用數(shù)字解決方案,首先是平衡各種預(yù)防性策略,防止或盡量減少?gòu)U物的產(chǎn)生,其次是管理已產(chǎn)生出的廢物的策略。這種循環(huán)方法的兩個(gè)方面都受益于數(shù)字解決方案的實(shí)施。例如,制造廠的焚燒會(huì)產(chǎn)生廢物,影響附近社區(qū)的環(huán)境。其他舉措包括減少對(duì)產(chǎn)品進(jìn)一步處理的需求,或最大限度地減少催化劑的衰減。
圖1. 化學(xué)制造行業(yè)的循環(huán)價(jià)值鏈?zhǔn)疽鈭D,在每個(gè)環(huán)節(jié)都列出了利用數(shù)字解決方案的潛在機(jī)會(huì)
結(jié)論
為了應(yīng)對(duì)新的技術(shù)和環(huán)境挑戰(zhàn),化工行業(yè)比以往任何時(shí)候都更需要數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化解決方案對(duì)于提高資源效率和減少行業(yè)運(yùn)營(yíng)的碳足跡至關(guān)重要。在本文的幾個(gè)案例中,我們利用數(shù)字解決方案,在沒(méi)有任何新的資本支出的情況下,幫助客戶(hù)提高了工廠的整體可靠性、生產(chǎn)力和效率。鑒于企業(yè)的資源有限,客戶(hù)對(duì)負(fù)責(zé)任的生產(chǎn)的要求越來(lái)越高,加上化學(xué)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇,化學(xué)品制造商正在快速改革運(yùn)營(yíng),以獲得額外的收入機(jī)會(huì)。
面對(duì)全球化學(xué)品需求增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展的壓力,處于動(dòng)蕩市場(chǎng)中的企業(yè)迫切需要提高運(yùn)營(yíng)敏捷性、靈活性和洞察力。作為行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要組成部分,領(lǐng)先的化工企業(yè)正在采用數(shù)字化解決方案,以提高資源效率,盡可能減少運(yùn)營(yíng)中的碳足跡。文中提到的公司在沒(méi)有任何新資本支出的情況下,利用數(shù)字化解決方案提高工廠的整體可靠性、生產(chǎn)力和效率。從供應(yīng)鏈到設(shè)計(jì)、再到生產(chǎn)、可靠性和維護(hù),數(shù)字化解決方案在化學(xué)品價(jià)值鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)提供運(yùn)營(yíng)洞察并創(chuàng)造價(jià)值。
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