未来十年, 化工企业应如何提高资源效率及减少运营中的碳足迹?

作者：艾斯本化工行业营销总监Anahita Khanlari博士；

         艾斯本解决方案专家顾问竺建敏博士

接下来的几十年里，全球化学品需求看涨，迫使化工企业增产，同时，为缓解气候和环境危机，该行业不得不向可持续发展转型。面对双重挑战，企业有必要采用创造性解决方案，回收或重复使用材料，创造循环经济，以替代线性经济。联合国可持续发展目标12强调了“负责任的消费和生产”理念，许多化工企业已经采纳并将其作为指导方针。

化工企业正在采取各种方法来提高资源效率，追求能源效率是一个相对容易实现的目标，可能不需要大量的资本投资。当前，全球地缘政治冲突频发，能源安全和提高能源效率成为化工企业高管的主要关注点。另一个提高资源效率的方法是重复使用原材料，比如先进的塑料回收再利用方案。

需要注意的是，在追求最佳资源效率的过程中，与小型特种化学品制造商相比，大宗化学品制造商可能采用一套不同的策略。例如，乙烯生产商亟需减少范围1的排放，而特种聚合物制造商可能专注于消除废物和产品的循环性。无论化学产品生产工厂的规模、性质和优先级如何，数字解决方案都有助于最大限度地提高资源效率。整个生产价值链需要具备全面的视野，从整体上提高运营效率、盈利能力和可持续性。

有效的计划和调度

疫情期间，全球供应链承受了前所未有的压力，能源和化工行业的供应链频繁中断。医疗保健领域对塑料的需求猛增，对能源的需求却急剧下降。虽然疫情逐渐退去，世界开始重新回到正轨，但欧洲的冲突加剧了市场波动。面对如此风云变幻的市场环境，化工企业可以通过整合上下游模式保持盈利，通过生产计划和调度满足产品需求，同时节约资源（如原料），最大限度地提高生产利润。例如，东南亚知名烯烃和芳烃生产商PTT全球化工与艾斯本合作开展了一个供应链计划优化项目，以提高供应链的可见性。

提高能源效率，减少碳足迹

一些化工企业在尝试新的商业模式，以利用新原料、新能源和新产品，另一些承诺减少碳足迹，并在2050年前实现碳中和。除了欧盟的排放交易系统（ETS），世界其他地区也在考虑以交易市场的形式推动碳税。偏离这些目标将导致高昂的运营成本并大幅削减利润率。排放交易免费配额预计会减少，这反过来又会推高碳排放许可证价格。企业要想长期生存和发展，除了减少燃料气体和蒸汽等公用事业需求，还必须提高重要工艺的能源效率。由于市场竞争激烈、原材料波动、利润率较低，大宗化学品生产商只需稍稍改进操作以提高能源效率，就能显著提升净利润。

创建工厂数字孪生可以帮助识别整个工厂的机会，无需资本投资即可提高能源效率。例如，LG化学公司在韩国大山年产90万吨的乙烯工厂使用Aspen Plus和Aspen Energy Analyzer为工厂创建了数字孪生。一次能源分析就能发现约60个节能机会。在对商业和运营可行性进行评估后，LG化学选择了其中的20个机会并实施了相应的举措，最终减少了3-4%的整体能耗，估计每年将为工厂带来1000万美元的额外利润。

提高利润率和减少碳足迹的另一个途径是优化燃料、氢气和蒸汽等公用事业，一些大型化工企业正是采用积极的公用事业管理方式来提高能源效率。通过部署先进过程控制（APC）和数字孪生等数字解决方案，企业将能够更好地了解和控制公用事业的运行情况、排放水平和降耗机会。几十年来，APC一直被过程行业用以提高过程效率。除了解决非线性问题，新的APC工具还能利用人工智能和机器学习（ML），从工厂的历史绩效中学习，用户只需花费很少的时间，即可优化所需的经济和运营变量。同样，数字孪生是跟踪和管理排放的强大工具，还能就消除工艺瓶颈提供诸多洞察。数字孪生有助于在设备层面进行监测，定位排放源，并帮助验证和协调可用于报告和决策的全站数据。

减少废物产生

化工行业产生的废物占全球废物总量的很大一部分。废物可以是液体、固体或气体。美国国家环境保护局（EPA）的数据显示，仅在美国，2019年就有2.37万台有源发电机产生了3490万吨危险废物。由于化工行业消耗大量的水来冷却过程或作为工艺的一部分，废水是最大的废物流。

为尽量减少废物的产生，化工行业以不同的方式利用数字解决方案，首先是平衡各种预防性策略，防止或尽量减少废物的产生，其次是管理已产生出的废物的策略。这种循环方法的两个方面都受益于数字解决方案的实施。例如，制造厂的焚烧会产生废物，影响附近社区的环境。其他举措包括减少对产品进一步处理的需求，或最大限度地减少催化剂的衰减。

图1. 化学制造行业的循环价值链示意图，在每个环节都列出了利用数字解决方案的潜在机会

结论

为了应对新的技术和环境挑战，化工行业比以往任何时候都更需要数字技术。数字化解决方案对于提高资源效率和减少行业运营的碳足迹至关重要。在本文的几个案例中，我们利用数字解决方案，在没有任何新的资本支出的情况下，帮助客户提高了工厂的整体可靠性、生产力和效率。鉴于企业的资源有限，客户对负责任的生产的要求越来越高，加上化学品市场的竞争日益加剧，化学品制造商正在快速改革运营，以获得额外的收入机会。

面对全球化学品需求增长和可持续发展的压力，处于动荡市场中的企业迫切需要提高运营敏捷性、灵活性和洞察力。作为行业转型的重要组成部分，领先的化工企业正在采用数字化解决方案，以提高资源效率，尽可能减少运营中的碳足迹。文中提到的公司在没有任何新资本支出的情况下，利用数字化解决方案提高工厂的整体可靠性、生产力和效率。从供应链到设计、再到生产、可靠性和维护，数字化解决方案在化学品价值链的每个环节提供运营洞察并创造价值。