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专题论述

趋势前瞻:未来20年,中国石化工程有哪些新科技?
信息来源:流程工业 上传日期:2017-06-07 点击率:1004次

内容节选自《中国石化工程科技2035发展战略研究》,中国工程科学2017年第19卷第1期,作者曹湘洪院士、袁晴棠院士、刘佩成等。流程工业编辑整理发布。

 

近日,曹湘洪院士、袁晴棠院士、刘佩成等在《中国工程科学》2017年第19卷第1期中国,发表了文章《中国石化工程科技2035发展战略研究》。中国工程院通过对国内外石化工业和石化工程科技发展趋势的梳理,分析了未来20年我国经济社会发展对石化工程科技发展的重大战略需求,提出了2025年和2035年我国石化工程科技发展的目标任务。

 

2035世界石化工程科技发展前瞻

 

1、高效炼油石油技术

 

1)重质、劣质原油生产更加清洁化的液体燃料技术不断进步 

2035年,全球电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车将会快速增长,但液体燃料仍将是交通运输的主要燃料,品质上会要求更加清洁化。而生产液体燃料的原油总体呈现重质化和劣质化,这将推动劣质、重质原油高效转化技术不断进步,浆态床渣油加氢裂化技术开发和应用将日益广泛。

2)有竞争力的油化结合技术更受重视 

以降低生产成本、降低能耗、提高经济效益为目标,低碳烷烃脱氢、石脑油或重油催化裂解生产C3C4烯烃等高价值烯烃生产技术,石脑油催化重整、芳烃转化与分离的高效催化剂及工艺等芳烃技术,合理利用炼化装置副产物生产有机化工原料技术等研发活跃。

3)基于分子水平的炼油技术平台不断完善

对原油的认知将从混合物水平提升到分子水平,并从分子水平认识炼油反应过程,开发更高效的催化剂和更先进的生产工艺,实现对石油烃类分子的定向转化,充分利用石油烃类中碳、氢原子;开发、实施高选择性精细炼制技术,实现对石油资源的最有效利用,并推动石油炼制技术向本质绿色低碳方向发展。

 

2、绿色低碳生产技术和装备 

 

1)采用本质绿色低碳的工艺和装备实现炼化技术从末端治理向源头消减、过程控制和末端治理全过程控制的转变。包括炼化反应过程和产品分离提纯过程的低能耗、高选择性、清洁化技术,工厂用能优化技术;三废资源化利用及高效无害化处理技术;建立创新性的循环经济模式,形成产业间及与社会的生态链接;CO2捕集、利用技术等。

 

2)开发新型高效催化材料,促进炼油和化工反应过程的本质节能、环保。根据量子力学的基本原理,从原子尺度出发,直接面向最终的应用需求,通过高通量的计算模拟,结合可靠的实验和计算数据,显著提高先进催化材料的研发和应用速度,预计将会引发催化材料的重大变革,促进炼油和化工反应过程的本质节能、环保。

 

3)创新技术不断开发应用,化工过程技术及工艺流程将更加绿色。重点是提升催化剂的选择性和活性、优化原料配给、创新反应设备、开发反应、反应产物分离和精制耦合新技术,减少副反应发生,简化产品分离过程和精制流程,针对不同石化产品的绿色一体化生产技术不断得到应用。

 

3、原料多元化技术

 

1)以木质纤维素和藻类为原料的生物燃料技术走向成熟 

非石油原料生产液体燃料的技术中,可再生的生物燃料最具发展前景,以可利用的动植物油脂为原料通过醇解或加氢等方法制备生物燃料的技术将继续进步,以木质纤维素、藻类等生物质为原料生产生物燃料技术的水平明显提升并逐步成熟。生物燃料技术将成为减少温室气体排放的实用技术。

 

2)有机化工产品原料多元化技术不断涌现

未来有机化工产品生产原料将呈现石油、煤炭、天然气和生物质多元化格局,并根据原料特性开发最有效利用资源并尽可能减小负面环境影响的加工技术,逐步形成以石油为主,天然气、煤炭、生物质、废旧高分子材料为原料的系列有机化工产品生产技术。

 

3)可生物降解的绿色环保润滑剂

通过作物基因改性,使植物油性能不断改善,产量逐步增加,成本持续降低。通过化学改性利用植物油生产可生物降解润滑油,具有广阔的市场前景,在某些领域可取代矿物基润滑油。

 

 

4、高端石化产品技术 

 

高端石化产品技术的重点是高档润滑油及润滑脂、高级溶剂油、功能性石蜡生产技术。高端石化产品将根据新型电子电器、交通运输、医疗、食品包装、农业、航天等行业的需求,开发并生产实用的功能化产品,通过研究功能与分子结构的关系进行分子设计,实现单体生产、催化剂、反应工程与工艺、加工应用技术的综合集成。

 

5、智能化生产技术

 

物联网、大数据、云计算、智能机器人、在线监测分析仪器、过程模拟及在线优化技术广泛应用于石化生产过程,石化生产逐渐进入智能化发展新阶段,逐步实现物质流、能量流、信息流、资金流的集成优化,支持资源、资金的高效利用,过程的低排放、低污染,提高企业的管理水平、市场应变能力和竞争能力。基于供、产、销的决策平台将发挥重要作用,可及时分析市场需求和效益,使大宗产品生产按照运输距离、产能匹配、原料供给等数据,迅速获得最优的生产方案,并通过该决策平台,实现原料供应、产品生产和销售的低库存。 

 

6、本质安全生产技术

 

基于风险管理、设备可靠性在线检测技术、过程危险因素高灵敏检测、自动报警、智能紧急停车以及自动化修补等技术得到快速发展,进一步为石化生产的本质安全提供保证。

 

我国石化工程科技2035年重点任务


1、需突破的关键核心技术

 

▲(1)劣质原油和渣油、重油加工技术,包括原油调和技术、劣质原油加工技术、渣油加氢高效转化技术、化石能源制氢新技术等; 

▲(2)清洁油品生产技术,包括焦化及催化柴油高效改质技术、大幅度增产航煤技术、优质汽柴油调和组分生产技术等;

▲(3)油化结合技术,包括生产化工原料的炼油技术、拓展原料来源的芳烃成套技术、炼油厂干气和液化气高值化利用技术等; 

▲(4)高性能润滑油/脂、功能性石蜡等高附加值石油产品生产技术,包括高档润滑油基础油生产技术、润滑油/脂产品配方和添加剂新技术、特种油脂生产技术等其他新产品生产技术; 

▲(5)低碳烯烃生产技术,包括吸附分离与深冷分离耦合技术、甲烷直接制乙烯技术、乙烷氧化脱氢制乙烯技术等;

▲(6)增产芳烃技术,包括催化重整多产芳烃技术、轻烃高选择性制芳烃技术、苯/甲苯和甲醇选择性甲基化制二甲苯技术等; 

▲(7)聚烯烃可控聚合及先进加工技术,包括单活性中心催化剂生产关键技术、结构可精确控制的烯烃共聚合和接枝聚合技术、合成树脂取向加工技术等; 

▲(8)生物基工程塑料生产技术,包括具有生物基特征的聚酰胺10T、聚酰胺9T等高性能生物基工程塑料生产技术;

▲(9)绿色轮胎用橡胶生产技术,包括溶聚丁苯橡胶、高顺式聚丁二烯橡胶等高性能橡胶生产技术,废旧轮胎制备精细胶粉的回收利用技术等;

▲(10)纤维高性能化及功能化技术,包括高强高模碳纤维、低成本碳纤维、抗菌纤维、抗静电纤维、光致变色纤维等技术; 

▲(11)高性能与功能高分子材料,包括抗菌材料、高隔水和阻燃无毒新型外墙保温材料等; 

▲(12)石化工程技术,包括适应装置大型化的工程技术、高效反应工程和过程强化技术、高效精细分离工程技术; 

▲(13)节能减排技术包括炼化节能新技术,催化裂化本质减排技术,三废处理新技术,CO2低能耗捕集、封存和资源化利用技术。

 

2、需深入开展基础研究的主要技术领域

 

要围绕以下技术的重大创新凝练科学问题,深入开展基础研究。

·       一是低碳高效炼油技术;

·       二是新型催化材料技术;

·       三是过程强化技术;

·       四是适应新型内燃机的油品技术;

·       五是石油中硫、氮、氧等杂原子非临氢脱除技术;

·       六是光转化高分子膜材料生产技术;

·       七是仿生集水材料生产技术;

·       八是生物燃料生产技术。 

 

3、需实施的石化重大工程 

 

1)智能石化厂工程2035年物联网、云计算、工业无线、智能传感器、机器视觉、在线优化等技术在石化厂广泛应用,结合商务智能等信息技术,数字化、智能化贯穿整个石化厂,从设计、建设、生产运维、经营管理,直至新产品开发全过程。

2)甲烷制乙烯工程,包括甲烷制乙烯催化剂工业化制备,专用反应器开发,分离精制工艺及工程放大技术开发,流程集成和大型工业化装置建设。

3)高性能聚合物工程包括基于性能要求的聚合物分子结构设计、单体生产技术、聚合催化剂及工艺、反应器及生产流程开发,加工应用技术与装备开发,实现上述技术的综合集成,形成多种高性能聚合物的商业化生产。

4)设施农业专用高分子材料工程,包括制备长寿命、防雾滴、选择性透光棚膜和可降解地膜的高分子材料生产、开发及加工技术,实现大面积推广应用。

 

4、需开展的重大工程科技专项 

 

1)生物质利用技术,包括大型纤维素乙醇生产技术与专用设备开发、城市有机垃圾生产生物燃气技术与专用设备开发、生物基化学品生产技术开发、生物基材料生产及加工应用技术开发,实现纤维素乙醇、生物基化学品、生物基材料的普及应用。

2)新型制氢与储氢技术,包括开发低成本电解水制氢技术、生物催化制氢技术、光催化制氢技术等,开发多孔材料储氢、芳香烃化学储氢等技术,实现上述制氢、储氢技术的应用,支持国家发展氢燃料电池的战略目标。 

3)石化产业两化融合技术,包括开发炼油过程物质流、能量流综合优化技术,流程模拟和在线自动优化技术,原料和产品性能的在线检测调控技术,设备可靠性在线检测及预警技术,生产过程安全性预警及自动紧急停止技术,全面支持石化职能工厂的建设。

4)废旧高分子材料回收利用技术,包括开发基于力化学的废气高分子材料回收利用技术、废旧高分子材料自动检测分类及选择性催化裂解技术、废旧高分子材料回收利用过程污染物处理技术,全面支持废旧高分子材料高附加值回收利用。

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