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“双碳”目标下,煤化工行业发展该何去何从

中国北京,2021年8月20日——在人类社会的发展历程中,煤炭曾是最早得到有效利用的化石能源。从最初的燃煤取热,到蒸汽机的发明,人们成功进入了工业时代。如今,石油、天然气,乃至更为清洁的风能、太阳能、核能等推动着世界飞速运转。

极端气候的频繁出现正警告人类社会,全球气候系统如今正经历快速而广泛的变化。部分地理和气候灾害已经无法逆转,而如果不从现在开始减少碳排放强度,全球气温还将继续上升、环境进一步恶化。

“富煤贫油少气”是中国能源结构的基本特征,煤炭为主的资源禀赋一直是中国的基本国情。长期以来,国内煤炭都以燃料用途为主,也饱受高排放的诟病。目前,煤炭仍是中国主要的一次能源来源,排名次之的油气资源海外依存度较高,动荡的市场威胁着中国的能源安全。
 
随着整个社会向可再生、可持续的低碳社会迈进,煤化工产业的蓬勃发展将更大的发挥出煤炭的资源压舱石作用,煤炭产业也将在诸多方面为保障国家能源安全保驾护航。

“双碳“目标带动能源结构转型

2020年9月,中国的发展进入了一个新的历史时期。在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国宣布将力争二氧化碳在2030年达峰,2060年实现碳中和,这也被称为中国的“双碳”目标

在“双碳”目标的指引下,从石化、能源到消费、制造行业,都掀起了达峰降碳的热潮。可以预见的是,作为全行业重要的基础,能源结构将率先实现低碳化发展,为全社会的碳达峰、碳中和提供保障。

回顾近年来国内能源消费的相关数据,虽然总量稳步提升,但能源结构已经发生变化。

据中国石油经济技术研究院提供的数据显示,到2020年,中国能源消费中,煤炭占比已经从1980年的72.2%,下降至56.8%。除此以外,最近五年,石油在中国能源消费中占比稳定在18%-19%之间,而天然气消费则从2010年的4.0%,提升至目前的8.2%。在化石能源占比下降的同时,包括水电、核电和风电等在内的可再生能源,总体占比也已经上升至16.1%。中国电力企业联合会的数据显示,2020年底,全国全口径发电装机容量22亿千瓦;其中煤电装机容量10.8亿千瓦,占比降至50%以下,为49.1%。
 
可以预见,在中国社会从高碳到低碳发展的过程中,能源需求总量还要不断增加,届时就需要多种能源互补融合来发挥优势,但煤电占比持续下滑已经是不争的趋势。

除了用作发电原燃料的动力煤以外,大量的焦炭、焦煤也被用在钢铁和有色金属冶炼等行业。“双碳”目标下,冶金行业为了降低碳排放实现绿色发展,也在推动工艺的革新,减少煤炭使用、甚至是使用氢气等清洁资源作为原燃料,就是其中的方向之一。

但值得注意的是,煤炭作为重要的能源供应资源,同时也具备化工原料资源的属性。将煤炭用作原料,通过气化、液化、干馏等复杂工艺操作,转化成甲醇、乙二醇、煤制油、烯烃等诸多产品,成为石油化工产业链的重要补充。

在能源清洁化进程的推进过程中,将有越来越多的煤炭资源从用作煤电厂发电原料,转入煤化工行业。而对于煤化工行业来说,仍面临着产能过剩、水资源短缺、环境污染等问题。在“双碳”背景下,如何提高能效、降低资源消耗和污染排放,实现智能化、绿色化的高效发展,同样是产业面临的议题。

煤化工产业等待蜕变

中国是全球煤炭储量、产量和消费的大国。在压减煤炭能源使用的过程中,煤炭在化工产业的推广发展,将同时完成能源结构减碳和化工领域补齐缺口的双重作用。

据BP《世界能源统计年鉴2021》数据,2020年中国煤炭储量1431.97亿吨,占全球总量的13.3%,位居世界第四位;当年中国煤炭产量达到8091万吨,位居全球第一,占全球总产量的50.7%。同时,中国的煤炭消费总量也达到了8227万吨,占全球消费总量的54.3%。

与国内超过七成的煤炭都被用来发电相比,越来越多的煤炭应用于煤化工行业,不仅能生产出更多必须的化工产品,还能通过煤化工过程中产生的热量作为能源,并入能源供给体系,与其它能源一起构筑新型电力供给体系,实现物质的高效率利用以及污染物的最低排放。
 
1925年,中国第一座煤焦化厂在石家庄建成,我国也从此迈进了煤化工时代。如今,历经近百年的发展后,中国的现代煤化工技术和装备自主率已经达到85%以上,其中煤直接液化、粉煤中低温热解、焦油轻质化等技术都是国际首创,煤制烯烃、煤制芳烃、低温费托合成、煤制乙二醇以及煤油共炼技术均处于国际领先水平。

但从目前情形来看,中国的煤化工行业发展还存在诸多掣肘。数年前,由于国际油价的暴涨,导致煤制油、煤制烯烃等项目变得有利可图。但随着国际油价在近些年陷入低潮,多个标杆性煤化工项目陷入亏损;近年来国家加强环保和安全方面的检查,综合影响下,国内煤化工产业整体发展也较为缓慢。

国家发改委产业发展司就指出,目前,中国的煤化工在技术、装备和环保安全等方面还有诸多有待完善的地方,煤化工还不适宜大规模发展。“十四五”期间,煤化工依然处于技术示范阶段,多联产是支持的方向。

从政策端来看,十四五期间,国家实施“双碳”战略的背景下,煤化工产业还要面临更大的碳减排阻力,需要进一步推动其在绿色低碳方面的发展进程。出于中国目前能源结构和经济发展的考量,煤炭在化工领域的作用短时间内还难以被完全替代,因而煤炭的清洁高效利用是煤化工领域发展的重点。

《煤炭工业“十四五”现代煤化工发展指导意见(征求意见稿)》中指出,“十四五”时期是现代煤化工高质量发展的关键阶段。以互联网、大数据、智能化、绿色化为代表的新一轮技术革命与产业发展深度结合,国际油气价格的不确定性和不稳定性持续增加,生态环保约束也更加强化,新能源和可再生能源替代能力显著增强,现代煤化工产业必须走上清洁高效绿色低碳发展之路。

促进煤炭由单一燃料向燃料和原料并重转变,建设现代煤化工产业体系。面对前路的诸多挑战,信息技术大变革大发展的时代,数字化技术给煤化工行业提供了另一个机会。推动数字化转型是诸多行业正在经历的过程,对于煤化工行业和企业来说,数字化转型既是顺应产业升级的客观趋势,也是企业自身提质增效的内在要求,同时也是提升核心竞争力的必由之路。

倡导多年的“信息化”和“工业化”高层次深度结合,一直推动着煤化工产业从信息化到智能化的转变。从最初的办公自动化系统(OA)到如今不再陌生的生产过程执行软件(MES)和企业资源计划软件(ERP),以及如今的智能制造,中国的煤化工行业正经历从信息化到智能化,最终实现智慧化的转型之路。

洞悉煤化工产业发展痛点

在近期施耐德电气商业价值研究院发布的《绿色智能制造行业观察——煤化工行业》(下称《白皮书》)中,通过对国内上百家煤化工企业摸底、抽样和总结,分析了当前的行业现状,提出了对未来产业高端化和差异化发展的借鉴和思考。

《白皮书》指出,国内煤化工行业转型升级在信息化、安全性、环保、供应链、生产等五大方面存在挑战:当前煤化工行业信息化程度都在稳步提高,但普遍存在数据孤岛、利用率低下和维护不足的问题;煤化工安全管理工作复杂,需要从意识上、制度上和技术上制定对策,杜绝违规操作,消除安全隐患;从环保响应方面来看,煤化工企业存在源头追溯困难和监管落实不到位的情况。

另外,高效的供应链是提升企业核心竞争优势的重要手段之一,但许多企业还存在采购计划不严谨、供应链管理意识不足、缺少经济性评估、采购与需求脱节乃至进出场车辆管理粗放等问题。

要实现智能制造,不能生搬硬套。煤化工企业需要对资深行业特点和企业的具体情况进行分析思考,以可持续的、渐进式的、适合自身发展的方式去落实:转型是一段长征路,但普遍企业仍缺乏绿色智造的整体思维,对信息化的管理缺陷也不够清晰,职能与其它部门存在一定重叠性。

对此,施耐德电气商业价值研究院专家认为,未来标杆煤化工企业应具备以下多种特征,在决策、数据、生产运营、执行等多方面具备智慧特征,同时强调能效优化和安全主题,构建标准化体系为原则的全生命周期绿色智能工厂。即持续探索降本增效的长效机制,加大绿色低碳生产工艺、技术和装备的研发、示范和推广力度,提高能源资源利用效率等。

老牌“煤”企的华丽转身

湖北三宁化工的数字化转型,就体现了老牌化工企业的智能蜕变。

三宁化工始建于1969年的枝江县化肥厂,是化工行业领先的民族品牌,集煤化工、磷化工、精细化工和工业服务业于一体,总资产接近200亿元。化工企业常常面临着三种必须解决的矛盾,即生产工艺复杂性和安全稳定要求的矛盾,同质化产品与激烈市场竞争的矛盾,以及行业本身高污染、高耗能和绿色可持续发展之间的矛盾。现在,随着工厂自动化生产程度越来越高,工艺原理越来越复杂,装置工艺师和生产操作员也面临着越来越多的挑战。
 
在三宁化工最新的60万吨/年乙二醇项目中,施耐德电气基于EcoStruxure架构为其提供了一系列数字解决方案,帮助三宁化工建设数字化工厂,并由此实现了项目建设及安全生产的全面升级,开启了生产管理和项目运维的全生命周期数字化转型之路。

除此以外,施耐德电气还帮助三宁化工实现了项目数字化交付,成为构建数字化工厂的第一步;而通过AVEVA资产信息管理软件,企业也可以将项目建设阶段所产生的工程信息、生产过程产生的实时数据信息及管理信息在数字孪生中融合使用,优化生产和运营管理。

在安全和可靠性上,施耐德电气为三宁化工配备了安全仪表的三级防御体系,使用智能中压开关柜和空气阻路器等系统,提高供电连续性和可靠性;在人员培训方面,施耐德电气的OTS和AVEVA操作员培训方针系统模拟工厂现场装置和控制情况,在虚拟环境中对操作员进行离线或者在线培训。在三宁化工智能工厂推进办公室主任杨文华看来,施耐德电气的数字化解决方案帮助企业实现了25%-30%的岗位融合,能源效率也提高了5%。

伴随人工智能、大数据、物联网、云计算等新一代数字化技术的日渐成熟,传统的信息化建设已逐步升级为全新的数字化转型,而煤化工企业也一直在这场没有硝烟的“智能革命”中摸索前行。相信在更多如施耐德电气一样的企业的群策群力下, 国内煤化工企业也必将在技术、装备以及环保安全层面取得更大进步,为实现“双碳”目标贡献行业力量。

欲了解更多信息,请点击链接获取《绿色智能制造行业观察——煤化工行业》白皮书。

关于施耐德电气
施耐德电气的宗旨,是赋能所有人对能源和资源的最大化利用,推动人类进步与可持续的共同发展 。我们称之为Life Is On 。
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