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未來十年, 化工企業(yè)應(yīng)如何提高資源效率及減少運(yùn)營中的碳足跡?

http://www.debgrams.com 2023-02-09 10:28 來源:艾斯本

  接下來的幾十年里,全球化學(xué)品需求看漲,迫使化工企業(yè)增產(chǎn),同時,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提高資源效率,追求能源效率是一個相對容易實現(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。另一個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注于消除廢物和產(chǎn)品的循環(huán)性。無論化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠的規(guī)模、性質(zhì)和優(yōu)先級如何,數(shù)字解決方案都有助于最大限度地提高資源效率。整個生產(chǎn)價值鏈需要具備全面的視野,從整體上提高運(yùn)營效率、盈利能力和可持續(xù)性。

  有效的計劃和調(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δ茉吹男枨髤s急劇下降。雖然疫情逐漸退去,世界開始重新回到正軌,但歐洲的沖突加劇了市場波動。面對如此風(fēng)云變幻的市場環(huán)境,化工企業(yè)可以通過整合上下游模式保持盈利,通過生產(chǎn)計劃和調(diào)度滿足產(chǎn)品需求,同時節(jié)約資源(如原料),最大限度地提高生產(chǎn)利潤。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展了一個供應(yīng)鏈計劃優(yōu)化項目,以提高供應(yīng)鏈的可見性。

  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的形式推動碳稅。偏離這些目標(biāo)將導(dǎo)致高昂的運(yùn)營成本并大幅削減利潤率。排放交易免費(fèi)配額預(yù)計會減少,這反過來又會推高碳排放許可證價格。企業(yè)要想長期生存和發(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。由于市場競爭激烈、原材料波動、利潤率較低,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。

  創(chuàng)建工廠數(shù)字孿生可以幫助識別整個工廠的機(jī)會,無需資本投資即可提高能源效率。例如,LG化學(xué)公司在韓國大山年產(chǎn)90萬噸的乙烯工廠使用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個節(jié)能機(jī)會。在對商業(yè)和運(yùn)營可行性進(jìn)行評估后,LG化學(xué)選擇了其中的20個機(jī)會并實施了相應(yīng)的舉措,最終減少了3-4%的整體能耗,估計每年將為工廠帶來1000萬美元的額外利潤。

  提高利潤率和減少碳足跡的另一個途徑是優(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)管理方式來提高能源效率。通過部署先進(jìn)過程控制(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。幾十年來,APC一直被過程行業(yè)用以提高過程效率。除了解決非線性問題,新的APC工具還能利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML),從工廠的歷史績效中學(xué)習(xí),用戶只需花費(fèi)很少的時間,即可優(yōu)化所需的經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營變量。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,定位排放源,并幫助驗證和協(xié)調(diào)可用于報告和決策的全站數(shù)據(jù)。

  減少廢物產(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。美國國家環(huán)境保護(hù)局(EPA)的數(shù)據(jù)顯示,僅在美國,2019年就有2.37萬臺有源發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了3490萬噸危險廢物。由于化工行業(yè)消耗大量的水來冷卻過程或作為工藝的一部分,廢水是最大的廢物流。

  為盡量減少廢物的產(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,防止或盡量減少廢物的產(chǎn)生,其次是管理已產(chǎn)生出的廢物的策略。這種循環(huán)方法的兩個方面都受益于數(shù)字解決方案的實施。例如,制造廠的焚燒會產(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)價值鏈?zhǔn)疽鈭D,在每個環(huán)節(jié)都列出了利用數(shù)字解決方案的潛在機(jī)會

  結(jié)論

  為了應(yīng)對新的技術(shù)和環(huán)境挑戰(zhàn),化工行業(yè)比以往任何時候都更需要數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化解決方案對于提高資源效率和減少行業(yè)運(yùn)營的碳足跡至關(guān)重要。在本文的幾個案例中,我們利用數(shù)字解決方案,在沒有任何新的資本支出的情況下,幫助客戶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,客戶對負(fù)責(zé)任的生產(chǎn)的要求越來越高,加上化學(xué)品市場的競爭日益加劇,化學(xué)品制造商正在快速改革運(yùn)營,以獲得額外的收入機(jī)會。

  面對全球化學(xué)品需求增長和可持續(xù)發(fā)展的壓力,處于動蕩市場中的企業(yè)迫切需要提高運(yùn)營敏捷性、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)營中的碳足跡。文中提到的公司在沒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、再到生產(chǎn)、可靠性和維護(hù),數(shù)字化解決方案在化學(xué)品價值鏈的每個環(huán)節(jié)提供運(yùn)營洞察并創(chuàng)造價值。

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