未來十年, 化工企業應如何提高資源效率及減少運營中的碳足跡?
http://www.debgrams.com 2023-02-09 10:28 來源：艾斯本
接下來的幾十年里，全球化學品需求看漲，迫使化工企業增產，同時，為緩解氣候和環境危機，該行業不得不向可持續發展轉型。面對雙重挑戰，企業有必要采用創造性解決方案，回收或重復使用材料，創造循環經濟，以替代線性經濟。聯合國可持續發展目標12強調了“負責任的消費和生產”理念，許多化工企業已經采納并將其作為指導方針。
化工企業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的目標，可能不需要大量的資本投資。當前，全球地緣政治沖突頻發，能源安全和提高能源效率成為化工企業高管的主要關注點。另一個提高資源效率的方法是重復使用原材料，比如先進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，與小型特種化學品制造商相比，大宗化學品制造商可能采用一套不同的策略。例如，乙烯生產商亟需減少范圍1的排放，而特種聚合物制造商可能專注于消除廢物和產品的循環性。無論化學產品生產工廠的規模、性質和優先級如何，數字解決方案都有助于最大限度地提高資源效率。整個生產價值鏈需要具備全面的視野，從整體上提高運營效率、盈利能力和可持續性。
有效的計劃和調度
疫情期間，全球供應鏈承受了前所未有的壓力，能源和化工行業的供應鏈頻繁中斷。醫療保健領域對塑料的需求猛增，對能源的需求卻急劇下降。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。面對如此風云變幻的市場環境，化工企業可以通過整合上下游模式保持盈利，通過生產計劃和調度滿足產品需求，同時節約資源（如原料），最大限度地提高生產利潤。例如，東南亞知名烯烴和芳烴生產商PTT全球化工與艾斯本合作開展了一個供應鏈計劃優化項目，以提高供應鏈的可見性。
提高能源效率，減少碳足跡
一些化工企業在嘗試新的商業模式，以利用新原料、新能源和新產品，另一些承諾減少碳足跡，并在2050年前實現碳中和。除了歐盟的排放交易系統（ETS），世界其他地區也在考慮以交易市場的形式推動碳稅。偏離這些目標將導致高昂的運營成本并大幅削減利潤率。排放交易免費配額預計會減少，這反過來又會推高碳排放許可證價格。企業要想長期生存和發展，除了減少燃料氣體和蒸汽等公用事業需求，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，大宗化學品生產商只需稍稍改進操作以提高能源效率，就能顯著提升凈利潤。
創建工廠數字孿生可以幫助識別整個工廠的機會，無需資本投資即可提高能源效率。例如，LG化學公司在韓國大山年產90萬噸的乙烯工廠使用Aspen Plus和Aspen Energy Analyzer為工廠創建了數字孿生。一次能源分析就能發現約60個節能機會。在對商業和運營可行性進行評估后，LG化學選擇了其中的20個機會并實施了相應的舉措，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化燃料、氫氣和蒸汽等公用事業，一些大型化工企業正是采用積極的公用事業管理方式來提高能源效率。通過部署先進過程控制（APC）和數字孿生等數字解決方案，企業將能夠更好地了解和控制公用事業的運行情況、排放水平和降耗機會。幾十年來，APC一直被過程行業用以提高過程效率。除了解決非線性問題，新的APC工具還能利用人工智能和機器學習（ML），從工廠的歷史績效中學習，用戶只需花費很少的時間，即可優化所需的經濟和運營變量。同樣，數字孿生是跟蹤和管理排放的強大工具，還能就消除工藝瓶頸提供諸多洞察。數字孿生有助于在設備層面進行監測，定位排放源，并幫助驗證和協調可用于報告和決策的全站數據。
減少廢物產生
化工行業產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。美國國家環境保護局（EPA）的數據顯示，僅在美國，2019年就有2.37萬臺有源發電機產生了3490萬噸危險廢物。由于化工行業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生，化工行業以不同的方式利用數字解決方案，首先是平衡各種預防性策略，防止或盡量減少廢物的產生，其次是管理已產生出的廢物的策略。這種循環方法的兩個方面都受益于數字解決方案的實施。例如，制造廠的焚燒會產生廢物，影響附近社區的環境。其他舉措包括減少對產品進一步處理的需求，或最大限度地減少催化劑的衰減。
圖1. 化學制造行業的循環價值鏈示意圖，在每個環節都列出了利用數字解決方案的潛在機會
結論
為了應對新的技術和環境挑戰，化工行業比以往任何時候都更需要數字技術。數字化解決方案對于提高資源效率和減少行業運營的碳足跡至關重要。在本文的幾個案例中，我們利用數字解決方案，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、生產力和效率。鑒于企業的資源有限，客戶對負責任的生產的要求越來越高，加上化學品市場的競爭日益加劇，化學品制造商正在快速改革運營，以獲得額外的收入機會。
面對全球化學品需求增長和可持續發展的壓力，處于動蕩市場中的企業迫切需要提高運營敏捷性、靈活性和洞察力。作為行業轉型的重要組成部分，領先的化工企業正在采用數字化解決方案，以提高資源效率，盡可能減少運營中的碳足跡。文中提到的公司在沒有任何新資本支出的情況下，利用數字化解決方案提高工廠的整體可靠性、生產力和效率。從供應鏈到設計、再到生產、可靠性和維護，數字化解決方案在化學品價值鏈的每個環節提供運營洞察并創造價值。
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