能源轉(zhuǎn)型下的工程實(shí)踐

文/Peter Schlossnikel，Michael Haid博士

本文作者Peter Schlossnikel系P?rner Ingenieurgesellschaft mbH公司總經(jīng)理，Michael Haid 博士系EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH 公司總經(jīng)理。

Hykero工廠(chǎng)的3D打印模型——第一家年產(chǎn)50 000 t電煤油的工業(yè)工廠(chǎng)

未來(lái)能源的過(guò)程與工藝——隨著原材料和能源價(jià)格的持續(xù)上漲，可用的資源越來(lái)越少，越來(lái)越多的材料出現(xiàn)短缺，這種挑戰(zhàn)還將持續(xù)下去，現(xiàn)在是時(shí)候思考如何解決這種困境，現(xiàn)代工廠(chǎng)建設(shè)如何為能源轉(zhuǎn)型和去碳化作出貢獻(xiàn)。

可以毫不夸張地說(shuō)，人類(lèi)正面臨著這個(gè)時(shí)代最大的挑戰(zhàn)：氣候變化。能源資源日益稀缺、原材料和能源價(jià)格持續(xù)上漲、目前俄烏沖突以及隨之出現(xiàn)的石油和天然氣短缺都是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。能源轉(zhuǎn)型迫在眉睫，越來(lái)越需要替代工藝和技術(shù)解決方案。過(guò)程工廠(chǎng)工程建設(shè)在這里發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因?yàn)樾碌南敕ê透拍畋仨氃诠δ苄浴⒔?jīng)濟(jì)性的工廠(chǎng)中具體實(shí)施。

為了實(shí)現(xiàn)碳中和的生產(chǎn)，工業(yè)工廠(chǎng)必須專(zhuān)注于3個(gè)主要領(lǐng)域：1.使用替代能源。2.資源節(jié)約和能源優(yōu)化生產(chǎn)。3.生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)品。

許多工業(yè)公司對(duì)這些要求做出了反應(yīng)：在煉油廠(chǎng)和石油化工行業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品范圍正在從燃料轉(zhuǎn)向石化中間產(chǎn)品。越來(lái)越多地使用和加工生物油或塑料廢料。然而，最重要的是，可再生能源的使用正成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。來(lái)自維也納的P?rner Ingenieurgesellschaft公司憑借其工藝工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)有技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)的改造或煉油廠(chǎng)的重組，以實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化和減少二氧化碳的排放。

可持續(xù)性Power-to-X解決方案

綠氫是通過(guò)可再生電力電解水產(chǎn)生的，被認(rèn)為是能源轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要組成部分，未來(lái)還將被用于生產(chǎn)所謂的電煤油，即基于可再生電力的燃料。這些特別用于航空業(yè)，因?yàn)樵诳深A(yù)見(jiàn)的未來(lái)，液體燃料的廣泛替代品是不存在的。

來(lái)自萊比錫的EDL Anlagenbau Gesellschaft公司是P?rner集團(tuán)的子公司，正在推動(dòng)航空領(lǐng)域的可持續(xù)性發(fā)展。作為一家技術(shù)公司和系統(tǒng)集成商，擁有數(shù)十年的工廠(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)，EDL已經(jīng)為生產(chǎn)基于電力的可持續(xù)航空燃料（SAF）開(kāi)發(fā)了工業(yè)解決方案，也被稱(chēng)為Power-to-液體（PtL）煤油。通過(guò)將世界領(lǐng)先的系統(tǒng)合作伙伴的工藝集成到EDL技術(shù)中,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)運(yùn)行可靠性，減碳的高效管理，全面的可擴(kuò)展性和符合標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量SAF產(chǎn)品等質(zhì)量特性。Power-to-X工廠(chǎng)解決方案可用于兩種不同的原料：空氣中的二氧化碳和可持續(xù)碳源。

通過(guò)Hykero項(xiàng)目（來(lái)自英文 “氫 ”和 “煤油”），即選定的IPCEI項(xiàng)目之一（IPCEI=重要的歐洲共同利益項(xiàng)目），EDL在“技術(shù)準(zhǔn)備水平9級(jí) ”技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了Hykero工藝，該技術(shù)目前已經(jīng)被允許進(jìn)行PtL煤油的商業(yè)生產(chǎn)。

年產(chǎn)5萬(wàn)t PtL煤油的Hykero工廠(chǎng)將建在萊比錫南部的B?hlen Lippendorf。

該地提供了理想的基礎(chǔ)設(shè)施條件，而且離萊比錫—哈勒機(jī)場(chǎng)也不遠(yuǎn)，它將成為世界上最大的PtL煤油工業(yè)工廠(chǎng)之一。

工藝工程的工廠(chǎng)建設(shè)是提高資源節(jié)約和能源效率的關(guān)鍵。

通過(guò)電解產(chǎn)生綠氫，然后用于生產(chǎn)合成氣體，并在進(jìn)一步的工藝階段轉(zhuǎn)化為可再生合成航空燃料。第一批綠色煤油預(yù)計(jì)于2026年面世，這都是由綠色原料生產(chǎn)：可再生電力、可持續(xù)碳和水。創(chuàng)新的工廠(chǎng)設(shè)計(jì)使工廠(chǎng)能夠在整個(gè)生命周期實(shí)現(xiàn)碳的零排放，因?yàn)楣S(chǎng)內(nèi)的工藝氣體和副產(chǎn)品得到了充分的利用。這確保了Hykero工廠(chǎng)的二氧化碳中性足跡。

生物質(zhì)能——一種可再生的能源

替代天然氣的另一種可能性是使用殘留的生物質(zhì)能。這樣就可以把受損木材以及木材廢料通過(guò)焦化和氣化等方式，生產(chǎn)出高質(zhì)量的綠色合成氣體。通過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚恚鐨怏w凈化和甲烷化，氣體將被進(jìn)一步加工成生物甲烷或氫氣，并輸入天然氣網(wǎng)。由于使用了木材廢料，森林面積得到了保護(hù)，這反過(guò)來(lái)又對(duì)減少二氧化碳做出了重大貢獻(xiàn)。

焦化是在250~280℃對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱處理。焦化后的生物質(zhì)能具有更高的能量密度，不再腐爛，并可以顆粒的形式作為均勻和連續(xù)的原料使用。在隨后的兩級(jí)氣化技術(shù)中，生產(chǎn)出多功能的生物合成氣體以及生物炭，除此之外，它們可用作水或煙氣凈化的活性碳和肥料。總而言之，由焦化的生物質(zhì)能和殘余物生產(chǎn)的合成氣為減少二氧化碳的生產(chǎn)過(guò)程提供了一個(gè)多功能、可擴(kuò)展且具有成本效益的選擇。P?rner公司目前正在荷蘭規(guī)劃和開(kāi)發(fā)一個(gè)25 MW的工廠(chǎng)，用于氣化焦化生物質(zhì)和殘余木材。該工藝在最近幾個(gè)月得到了進(jìn)一步的發(fā)展，因此，工業(yè)余熱也得到了經(jīng)濟(jì)利用，整個(gè)工藝的效率得到了顯著提高。該工廠(chǎng)的建設(shè)計(jì)劃于2022年秋季開(kāi)始。

通過(guò)節(jié)約資源來(lái)保護(hù)環(huán)境

為了更環(huán)保，EDL開(kāi)發(fā)了一種塑料回收技術(shù)。用于解聚聚烯烴類(lèi)塑料廢料的專(zhuān)利工藝將聚乙烯和聚丙烯廢料轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品，如蠟和碳?xì)浠衔铩Ｒ虼耍芰蠌U料變廢為寶，再次成為工業(yè)的寶貴原料。

越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始關(guān)注能源優(yōu)化和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。P?rner集團(tuán)最近訂單中的例子清楚地說(shuō)明了這一點(diǎn)：RWE投資了一個(gè)從污水污泥中回收磷的工廠(chǎng)，PCK優(yōu)化了其煉油廠(chǎng)的芳烴提取，隨著其在Tr?glitz建造第三個(gè)廢油理廠(chǎng)，Puraglobe正在投資于廢油的長(zhǎng)期可持續(xù)利用。

生產(chǎn)有價(jià)值的產(chǎn)品

廢木材氣化廠(chǎng)的工廠(chǎng)設(shè)計(jì)

可持續(xù)發(fā)展也意味著制造出在應(yīng)用、使用壽命和重復(fù)可利用方面更加優(yōu)化的產(chǎn)品。作為一個(gè)以技術(shù)為導(dǎo)向的工廠(chǎng)規(guī)劃專(zhuān)家，P?rner公司還自己研發(fā)了環(huán)保的回收工藝。例如，該公司已經(jīng)研發(fā)了一種從稻殼灰燼中生產(chǎn)生物硅酸鹽的工藝，與傳統(tǒng)的石英砂高溫生產(chǎn)相比，它可以節(jié)省70%的二氧化碳排放量。在全球每年約7億t的稻米生產(chǎn)中，稻殼約占20%。這些可以在現(xiàn)代生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)中轉(zhuǎn)化為氣候友好的可再生綠色能源。反過(guò)來(lái)，這會(huì)留下20%的稻殼灰（RHA），這在以前必須被填埋。RHA含有約90%的硅。這種新穎的專(zhuān)利工藝?yán)脧U品RHA，將其加工和浸出為高純度的、高科技的生物硅酸鹽，這是許多工業(yè)應(yīng)用（洗滌劑、化妝品、建筑產(chǎn)品和 “綠色輪胎”用的二氧化硅等等）的重要原料。全世界的需求量超過(guò)600萬(wàn)t，而且目前來(lái)看后續(xù)還將持續(xù)增加。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

由于目前的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源轉(zhuǎn)型正在加速，對(duì)于工業(yè)界來(lái)說(shuō)，這既帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。過(guò)程工廠(chǎng)工程建設(shè)在通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新掌握必要的轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著核心作用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將加強(qiáng)歐洲工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。能源和生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)保轉(zhuǎn)型需要大量投資，但會(huì)創(chuàng)造新的價(jià)值鏈，從而成為未來(lái)幾十年經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，只有創(chuàng)造統(tǒng)一的法律框架條件，全面實(shí)施才能成功。 ●