能(neng)源(yuan)革命、工(gong)業革(ge)命、科技革命、人工(gong)智能(neng)疊加(jia)，引(yin)發(fa)了前所(suo)未(wei)有的大(da)變(bian)革，而(er)能(neng)源(yuan)化工(gong)行(xing)業正處(chu)於變(bian)革的(de)起(qi)點。如(ru)何迎(ying)接變(bian)革帶(dai)來的(de)未(wei)知(zhi)機遇與挑(tiao)戰(zhan)?近日，中國工(gong)程院院(yuan)士(shi)、中國科學(xue)院(yuan)大(da)連(lian)化(hua)學(xue)物(wu)理(li)研究所(suo)(以下簡(jian)稱大(da)化(hua)所(suo))所(suo)長劉中民給出(chu)了他的(de)回(hui)答——沿著(zhe)“四條(tiao)主(zhu)線(xian)”打(da)造(zao)更(geng)加(jia)合理的(de)能(neng)源(yuan)結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。即行(xing)業應(ying)以新思(si)維去(qu)審(shen)視(shi)舊(jiu)流程，沿著(zhe)化(hua)石能(neng)源(yuan)清潔高效利(li)用與耦(ou)合替代(dai)、可(ke)再生能(neng)源(yuan)多能(neng)互(hu)補(bu)與規模(mo)利(li)用、基(ji)於低碳與零(ling)碳的(de)工(gong)業再造(zao)、低碳化(hua)智(zhi)能(neng)化(hua)多能(neng)融(rong)合的四(si)條(tiao)主(zhu)線(xian)打(da)造(zao)新體系。

能(neng)源(yuan)高效利(li)用推動(dong)煤(mei)化(hua)工(gong)與石油(you)化(hua)工(gong)耦合

劉中(zhong)民指出(chu)，在(zai)我國貧(pin)油(you)少(shao)氣(qi)的(de)資(zi)源(yuan)稟賦(fu)背(bei)景(jing)下(xia)，油(you)品(pin)和化(hua)工(gong)品的(de)結構(gou)矛(mao)盾(dun)長期存在(zai)，因此用煤(mei)炭(tan)填(tian)補(bu)能(neng)源(yuan)化工(gong)缺(que)口(kou)十分必要(yao)。煤化工(gong)產(chan)業要(yao)在(zai)石油(you)化(hua)工(gong)特別(bie)是(shi)煉化產(chan)業布(bu)局(ju)已(yi)經(jing)成(cheng)熟的(de)情(qing)況(kuang)下，放(fang)眼(yan)整個能(neng)源(yuan)化工(gong)，甚至(zhi)是我(wo)國整體工(gong)業結構(gou)中(zhong)去(qu)統(tong)籌考慮(lv)自(zi)己(ji)的(de)定位(wei)問(wen)題。

煤(mei)化工(gong)如(ru)何與傳統(tong)煉化產(chan)業實(shi)現“共生”?劉(liu)中(zhong)民強(qiang)調，關(guan)鍵(jian)在(zai)於發揮煤(mei)化(hua)工(gong)的獨(du)有優勢(shi)。

“煤(mei)化工(gong)有自(zi)己(ji)的(de)特(te)色(se)，例如(ru)用(yong)合成(cheng)氣(qi)做甲(jia)醇或(huo)者做含(han)氧(yang)化(hua)學(xue)品(pin)是(shi)相(xiang)對(dui)容易的(de)，但(dan)從(cong)石油(you)化(hua)工(gong)的路(lu)線加(jia)工(gong)含(han)氧(yang)化(hua)學(xue)品(pin)就需(xu)要(yao)氧化過(guo)程，很難控(kong)制反應(ying)的選(xuan)擇性(xing)。”劉中民解釋(shi)說，煤(mei)化工(gong)中碳碳鍵(jian)的變(bian)化也(ye)與石油(you)化(hua)工(gong)不(bu)同。傳統(tong)石油(you)化(hua)工(gong)的加(jia)工(gong)路(lu)線大(da)部分是大(da)分子(zi)變(bian)為(wei)小分子(zi)的(de)裂(lie)解過(guo)程，化學(xue)鍵(jian)的斷裂(lie)需(xu)要(yao)相對高(gao)溫(wen)的條(tiao)件和較高(gao)的能(neng)量(liang)供(gong)給(gei)，屬於吸熱(re)反(fan)應。而(er)煤(mei)化工(gong)的主(zhu)要(yao)路(lu)線是(shi)先(xian)將煤轉(zhuan)化為(wei)合成(cheng)氣(qi)，再轉化(hua)為(wei)烯烴(ting)、甲(jia)醇或(huo)其他下(xia)遊(you)產(chan)品，是(shi)由(you)小分子(zi)變(bian)為(wei)大分子(zi)，增加(jia)化(hua)學(xue)鍵(jian)的過程，比裂(lie)解所(suo)需的(de)條件更(geng)溫(wen)和穩(wen)定。

據(ju)劉(liu)中民介(jie)紹，大化(hua)所(suo)進行(xing)了將煤化(hua)工(gong)與傳統(tong)石油(you)化(hua)工(gong)路(lu)線耦(ou)合的嘗試(shi)，已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)出(chu)較為(wei)成(cheng)熟的(de)煤(mei)基(ji)甲(jia)醇耦(ou)合石腦(nao)油(you)制烯烴(ting)路(lu)線，利(li)用甲(jia)醇制烯烴(ting)的強(qiang)放(fang)熱(re)特(te)點，與石腦(nao)油(you)裂(lie)解制乙(yi)烯的強(qiang)吸熱(re)反(fan)應聯動(dong)耦(ou)合，讓反(fan)應(ying)熱(re)量(liang)達到(dao)相對(dui)平衡(heng)。相比起(qi)傳統(tong)的石腦(nao)油(you)制烯烴(ting)技術(shu)路(lu)線，耦(ou)合路(lu)線的(de)能(neng)耗(hao)可(ke)降低1/3～1/2，不(bu)僅副(fu)產(chan)物甲(jia)烷的(de)產(chan)率(lv)可(ke)降低到(dao)4%以下，還能(neng)讓(rang)石腦(nao)油(you)的(de)原(yuan)料利(li)用率(lv)提(ti)高10%。

“雙(shuang)碳”目(mu)標對(dui)新能(neng)源(yuan)的發(fa)展(zhan)提(ti)出了(le)全新的要(yao)求，在(zai)碳達峰(feng)碳中(zhong)和背(bei)景下，新能(neng)源(yuan)產(chan)業要(yao)“先(xian)破(po)後立(li)”，發(fa)展(zhan)大規模(mo)、高(gao)比例可(ke)再生能(neng)源(yuan)，逐(zhu)步(bu)實現對(dui)化(hua)石能(neng)源(yuan)的替代(dai)。

談(tan)及可(ke)再生能(neng)源(yuan)發展(zhan)的方(fang)向和目(mu)標，劉(liu)中民表示，從(cong)行(xing)業宏(hong)觀(guan)來看，可(ke)再生能(neng)源(yuan)發展(zhan)的大(da)方向(xiang)是(shi)“三(san)高壹(yi)低”，即提(ti)高轉(zhuan)換效率(lv)、提(ti)高供(gong)給(gei)質(zhi)量(liang)、提(ti)高替代(dai)比例、降低應用成(cheng)本。而(er)具體產(chan)業則(ze)“各(ge)有難念的(de)經(jing)”，光(guang)伏產(chan)業目(mu)標是(shi)進壹(yi)步(bu)提(ti)升光(guang)電(dian)轉化(hua)效率(lv);風能(neng)產(chan)業需(xu)要(yao)打(da)破(po)大功率(lv)機組(zu)整機方(fang)案(an)和部分核心(xin)部件依賴(lai)進(jin)口(kou)的(de)問題;水電(dian)產(chan)業需(xu)要(yao)突破水(shui)能(neng)發(fa)電(dian)機組(zu)瓶頸問(wen)題(ti);生物(wu)質(zhi)能(neng)則(ze)聚焦(jiao)於生物質(zhi)高(gao)值(zhi)化利(li)用。

不(bu)過，無(wu)論(lun)是(shi)哪種可(ke)再生能(neng)源(yuan)產(chan)業，都(dou)繞不(bu)開壹(yi)個(ge)問(wen)題——並網(wang)消(xiao)納。

劉(liu)中民指出(chu)，儲能(neng)是(shi)可(ke)再生能(neng)源(yuan)降低並網風險(xian)、提(ti)高利(li)用效率(lv)和穩(wen)定性(xing)的關(guan)鍵(jian)。目(mu)前，我(wo)國在(zai)短時(shi)高(gao)頻、中(zhong)短時(shi)長儲能(neng)都(dou)有較為(wei)明確的(de)解決(jue)方案(an)，鋰離子(zi)電(dian)池、鉛酸電(dian)池等(deng)技(ji)術(shu)目(mu)前已(yi)經(jing)較為(wei)成(cheng)熟，不(bu)過未(wei)來還需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)市場驅動(dong)和檢(jian)驗，選(xuan)擇、固化(hua)具有成(cheng)本更(geng)低等特點的優勢(shi)技(ji)術(shu)體系。在(zai)長時(shi)低頻儲能(neng)方(fang)面則(ze)仍(reng)然(ran)以抽水儲能(neng)為(wei)主(zhu)，經(jing)濟(ji)性(xing)有優勢(shi)的(de)其他長時(shi)儲能(neng)技(ji)術(shu)仍(reng)需發展(zhan)。

“不(bu)只是(shi)可(ke)再生能(neng)源(yuan)的大(da)規模(mo)融(rong)合利(li)用，未(wei)來我(wo)們要(yao)做智慧(hui)能(neng)源(yuan)系統(tong)、構建(jian)智能(neng)電(dian)網也(ye)離不(bu)開儲能(neng)。”劉(liu)中民表示，氫能(neng)的(de)產(chan)生、利(li)用、儲存是(shi)壹個(ge)系(xi)統(tong)工(gong)程，目(mu)前成(cheng)本仍(reng)然(ran)偏(pian)高，未(wei)來的(de)發展(zhan)和應(ying)用需要(yao)政府的(de)積(ji)極(ji)引(yin)導和全社(she)會的(de)共同努力;而(er)當(dang)前以鋰電(dian)池為(wei)主(zhu)的(de)電(dian)化學(xue)儲能(neng)則(ze)受我(wo)國鋰(li)資(zi)源儲量(liang)限制，國家(jia)也(ye)出臺了重大(da)研究計劃(hua)推動(dong)其(qi)他電(dian)化學(xue)儲能(neng)方(fang)式的研究，液(ye)流電(dian)池就是(shi)其中(zhong)之(zhi)壹(yi)。

引(yin)入清潔氫能(neng)基(ji)於低碳再造(zao)工(gong)業流(liu)程

“在(zai)工(gong)業中(zhong)，氫能(neng)同(tong)時(shi)具有物質(zhi)和能(neng)量(liang)屬性(xing)，能(neng)同(tong)時(shi)滿(man)足生(sheng)產(chan)供(gong)能(neng)和原(yuan)料的需求。”談(tan)及能(neng)源(yuan)化工(gong)行(xing)業的(de)減(jian)碳之(zhi)路(lu)，劉中(zhong)民認為(wei)，難脫(tuo)碳行(xing)業深度(du)減(jian)排(pai)的(de)重點，應該放(fang)在(zai)壹個(ge)“氫”字(zi)上：“因為(wei)從概念(nian)上來講，化(hua)石能(neng)源(yuan)無(wu)論(lun)是(shi)燃(ran)燒還是(shi)生(sheng)產(chan)油品(pin)、化學(xue)品(pin)，都(dou)是(shi)產(chan)生二(er)氧化(hua)碳的(de)過(guo)程，單(dan)靠(kao)能(neng)源(yuan)化工(gong)行(xing)業自(zi)身實(shi)現(xian)零(ling)碳是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)，應當(dang)引(yin)入其他清潔原(yuan)料或能(neng)源(yuan)‘對沖’，由(you)清潔能(neng)源(yuan)制取的(de)綠氫就是(shi)很好(hao)的(de)選(xuan)擇。”

據(ju)介(jie)紹，目(mu)前生(sheng)產(chan)技術(shu)最成(cheng)熟的(de)氫還是(shi)來(lai)自(zi)化石能(neng)源(yuan)，碳排(pai)放(fang)量(liang)較高(gao)的“灰(hui)氫”。由(you)化石能(neng)源(yuan)聯合碳捕(bu)集、利(li)用與封(feng)存(cun)技(ji)術(shu)制得(de)的“藍氫”雖(sui)然(ran)降低了部分過程碳排(pai)放(fang)，但(dan)能(neng)耗(hao)大(da)、成(cheng)本高的(de)特(te)點仍(reng)然(ran)讓其(qi)難以大規模(mo)應(ying)用(yong)。而(er)由(you)可(ke)再生能(neng)源(yuan)制取的(de)“綠氫”能(neng)實(shi)現全過(guo)程無(wu)碳化(hua)，將成(cheng)為(wei)難脫(tuo)碳行(xing)業實(shi)現(xian)低碳與零(ling)碳發(fa)展(zhan)的重要(yao)媒(mei)介(jie)。

“以煤制烯烴(ting)為(wei)例，充(chong)足綠(lv)氫的(de)加(jia)入可(ke)以完(wan)全替代(dai)掉(diao)流程中水(shui)煤(mei)氣(qi)變(bian)換的環(huan)節，減(jian)少(shao)70%的二(er)氧化碳排(pai)放(fang)，同時(shi)，電(dian)解水(shui)制氫剩下(xia)的(de)副產(chan)品氧(yang)氣(qi)還能(neng)用(yong)於煤氣(qi)化(hua)工(gong)藝(yi)流(liu)程，這樣又(you)能(neng)從(cong)空分裝(zhuang)置(zhi)裏(li)‘省(sheng)下’壹(yi)筆能(neng)耗(hao)，可(ke)以促(cu)進(jin)煤(mei)化(hua)工(gong)零碳排(pai)甚(shen)至負碳排(pai)。”劉(liu)中民說。

劉中(zhong)民表示，人(ren)工(gong)智能(neng)將帶動(dong)能(neng)源(yuan)化工(gong)行(xing)業的(de)深刻變(bian)革。以能(neng)源(yuan)化工(gong)行(xing)業的(de)科技創(chuang)新為(wei)例，傳統(tong)的產(chan)業化(hua)流程要(yao)經(jing)歷(li)實驗室(shi)小試(shi)、中(zhong)試(shi)放(fang)大、工(gong)業性(xing)試(shi)驗(yan)三(san)個環(huan)節才能(neng)嘗試(shi)投(tou)入工(gong)業生(sheng)產(chan)，成(cheng)本高、時(shi)間(jian)長，其中的(de)中試(shi)放(fang)大環(huan)節更(geng)是行(xing)業難點、痛點，很多技術(shu)都“倒(dao)在(zai)”這壹(yi)關(guan)上。

“現在(zai)人工(gong)智能(neng)來(lai)了，我(wo)們可(ke)以探索從(cong)小試(shi)通(tong)過人(ren)工(gong)智能(neng)壹(yi)步(bu)幹到(dao)工(gong)廠的路(lu)徑。”據(ju)劉(liu)中民介(jie)紹，大化(hua)所(suo)已(yi)經(jing)形(xing)成(cheng)了壹整套方(fang)案，正在(zai)研究如(ru)何建立(li)數字化(hua)孿生(sheng)的(de)虛(xu)擬(ni)工(gong)廠模(mo)型(xing)，實(shi)現化(hua)工(gong)知(zhi)識的(de)快速(su)檢索及化工(gong)流程工(gong)藝(yi)的(de)自(zi)主(zhu)設計(ji)和優化(hua)，有望縮(suo)短化(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)流(liu)程的研發(fa)周期，為(wei)實驗室(shi)成(cheng)果(guo)快速(su)走向(xiang)工(gong)業化(hua)提(ti)供(gong)可(ke)能(neng)。

“未(wei)來的(de)能(neng)源(yuan)系統(tong)，必然(ran)是低碳化(hua)、智(zhi)能(neng)化(hua)和分布式能(neng)源(yuan)相結合的系(xi)統(tong)。能(neng)源(yuan)革命、工(gong)業革(ge)命正在(zai)呼喚科技革命，疊加(jia)人(ren)工(gong)智能(neng)，壹(yi)場前(qian)所(suo)未(wei)有的大(da)變(bian)革正在(zai)啟(qi)動(dong)。”劉(liu)中(zhong)民說，“我(wo)們處於變(bian)革的(de)起(qi)點，有很多未(wei)知(zhi)，也(ye)就有很多希(xi)望，我(wo)們壹定要(yao)用新思(si)維去(qu)審(shen)視(shi)舊(jiu)流程，在(zai)這個(ge)基(ji)礎(chu)上打(da)造(zao)更(geng)加(jia)合理的(de)能(neng)源(yuan)結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。”