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化工
基础设施
发展
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研究
林长喜
收稿日期:2022-12-31作者简介:林长喜(1982-),男,黑龙江省人,高级工程师,长期从事化工园区规划和石化化工项目咨询工作。2021年以来,随着我国“双碳”时间节点的提出,我国化工园区作为化工企业主要聚集区,发展中面临的能耗和碳排放制约因素愈发凸显。化工园区作为产业关联的纽带,如何发挥“园区化”的优势,构建清洁、高效、低碳的基础设施运行体系,全面推进园区的绿色低碳发展,是目前亟待研究和解决的问题。笔者认为,在我国化工园区的绿色发展中,研究园区基础设施的低碳发展路径十分重要。未来我国化工园区的发展方向和工作重点,必将是平衡好“双碳”和发展的关系,走出一条适合我国化工园区绿色低碳发展的新路径。化工园区要通过补链条、补短板、补缺项、能源梯级利用等手段,构筑园区基础设施、公用工程及公共服务共享与循环使用的“大循环系统”,园区内企业间的能量和物料循环利用的“中循环系统”,以及节能、节水、综合利用的“小循环系统”,这样才能使园区发展方式适应绿色低碳的趋势和方向。1典型化工园区基础设施碳排放特点分析化工园区基础设施主要包括服务于园区生产企业的给排水、电力、热力、物流运输、废弃物治理等公用设施,是园区能量流动的通道与物质循环的纽带。化工园区基础设施类型以及与生产的关系如图1所示。按照产业特色划分,我国化工园区类型主要分为石油化工型、煤化工型、精细化工型。石油化工型园区以大型炼油-乙烯装置为龙头,带动下游相关产业发展,规模较大;煤化工型园区依托煤炭资源,以煤化工项目为龙头,带动下游相关产业发展;精细化工型园区以精细或者专用化学品及大宗合成材料生产为主。为系统分析不同类型园区碳排放特点,以便有针对性的提出低碳发展路径,本次研究选取沿海某大型石化园区、西部某大型煤化工园区及东部某典型精细化工园区规划水平年基础设施规模及公用工程需求,并以此为基础测算不同类型园区基础设施碳排放强度。不同类型化工园区给排水和热力部分的碳排放强度如图2所示。化工园区基础设施低碳发展路径研究林长喜,王卓,李君,姜梦凡,张文,王志军,武岳,贾琳,吴袖语(石油和化学工业规划院,北京100013)摘要:结合“双碳”目标战略,分析研究了现阶段我国化工园区基础设施碳排放特点;提出了包括化工园区供热系统、给排水系统、物流交通系统、废物治理系统等基础设施实施低碳发展路径的建议;指出化工园区基础设施的低碳发展将助力和推动我国化工园区绿色低碳发展目标的实现。关键词:化工园区;基础设施;低碳发展;路径研究文章编号:1673-9647(2023)01-0024-04中图分类号:TU984.13文献标识码:A图 1化工园区基础设施类型及与生产的关系示意第41卷第1期2023年1月化学工业CHEMICAL INDUSTRY24第1期根据不同类型化工园区单位开发面积基础设施碳排放强度测算,结合园区产业特征,分析典型化工园区碳排放特点详见表1。2化工园区基础设施低碳发展路径研究化工园区基础设施低碳发展路径总体思路:化工园区基础设施是衔接产业上下游关系及各类设施的纽带,要实现化工园区基础设施低碳发展必须立足于多系统协作,特别是通过园区能源基础设施与环境基础设施耦合共生,共同搭建多渠道能源供应体系与多层次能源耦合体系,推动园区低碳发展。即:从单一能源向综合能源转变;利用智慧化手段实现园区能源供给、需求及储能调节的动态平衡;园区能源供应实现集中与分布图 2不同类型化工园区给排水和热力部分的碳排放强度示意表 1典型化工园区基础设施碳排放特点园区类型石油化工园区煤化工园区精细化工园区园区碳排放特点1、产业链长,上下游衔接紧密2、蒸汽等级需求多,负荷大且相对集中3、园区危险废物中高热值废物占比高,通常配建集中的危废焚烧设施4、污水处理量大,但工艺较成熟1、产业链相对较短,大型煤化工项目多以一体化装置方式建设2、蒸汽需求量大,且负荷集中,供热设施多与工艺装置一体建设3、按照废水深度回用乃至“近零排放”要求,废水处理与回用能耗高4、危险废物中催化剂等低热值废物占比相对较高,危险废物焚烧需求相对较低1、多以产业集群的形式构建产业体系供热符合相对较低且分散2、部分精细化工园区污水处理难度高,流程长,能耗相对较高3、危险废物组成复杂,传统精细化工项目可焚烧的危险废物量大式相协调。2.1供热系统供热设施在各类型化工园区基础设施碳排放占比均为最高,是园区实现基础设施低碳化的核心。根据供热设施在保障园区化工企业生产运行中的功能及其自身碳排放特点,实现低碳化应重点从以下方面着手。(1)实现园区供热设施自身节能,主要包括以下几点:推广及普及先进高效的供热系统以及热网的节能技术,提高能源利用效率。坚持以热定电,对存量燃煤锅炉开展背压改造等节能措施,提高综合利用效率。因地制宜挖掘工业余热资源,针对低品位余热推广热泵等技术,实现低位热源的高效利用,同时针对利用工业余热后园区内出现多个热源点的情况,可采用多热源联网运行,合理匹配工况,提高运行效率,节能降耗。(2)优化园区供热设施布局在集中供热情况下,将园区热源点、供热管网及热用户综合考虑,在目前节能设备大规模推广的背景下,长距离运输的供热管道热量损失率对整个系统热效率的影响更为突出。因此,园区供热设施布局时,要考虑热源、热网的综合热效率,实现热源点布局的节能降耗和经济性。针对用热负荷较高的煤化工、石油化工园区,建设一个或多个热源点,而在集中供热的热效率不变的情况下,可以选择多个热源点靠近热负荷集中处布局,既节约了蒸汽输送过程中的能量损失,还可以节省管道投资,对整个热网提高综合能耗是有利的。对于精细化工园区,热负荷低,且园区发展的不确定性较大,可以对采用集中供热或分林长喜等:化工园区基础设施低碳发展路径研究25化学工业CHEMICAL INDUSTRY2023年第41卷布式清洁能源供热进行技术经济分析,通过计算整个热网的供热效率和经济性,合理选择热源点。(3)优化供热系统的能源结构降低以煤为燃料的供热设施在园区总供热需求中的比例,逐步推动能源清洁化。在区域层面积极构建化学能利用、垃圾发电、生物质发电、危险废物焚烧余热回收的多源能源供应体系,特别是供热负荷要求相对较低的精细化工园区可与周边的能源供应设施进行充分耦合,促进园区低碳发展。在具备条件的园区可逐步推广可再生能源替代,如利用园区内适宜的库房、水面等空间开展光伏发电等。此外,因地制宜推动外供绿电与园区能源供应相吻合,如西部煤化工园区与光伏、风电等耦合,沿海石化基地与海上风电等耦合,精细化工园区与生物质发电耦合等。2.2给排水系统化工园区给排水设备设施是化工园区基础设施的重要组成部分,给排水设备设施的规划设计以高匹配度结合园区产业项目为基础,更有利于化工园区的安全、环保和可持续发展。在当前大力推进化工园区节能降碳的背景下,给排水设施减碳是重点方向之一。根据给排水设施的运行特点,其碳排放重点为减少电力消耗,可以从以下几方面着手。一是提升给排水设备设施效率、优化给排水设备设施的选型及工艺,可以更大化的实现产业项目发展的碳减排目标。二是优化给排水系统设计运行,通过节水促进节能,如将循环冷却水系统浓缩倍数由3倍提高到4倍、5倍,可分别节水6.25%、14.6%。同时根据不同系统的水压要求采取分质分压供水,优化给排水管线实现节能降碳。三是优化污水处理工艺。污水处理是给排水系统中碳排放强度最高的设施,在保证污水处理效果的前提下使用先进性、节能效率更好的处理工艺能够降低污水处理过程的碳排放。例如,使用短程反硝化脱氮工艺或者厌氧氨化脱氮工艺、能够产生甲烷的厌氧工艺等,并将多种高能效的污水处理工艺结合使用,以最大限度地进行节能减碳。2.3物流交通系统根据运输工具和设备的不同,目前化工园区常见的运输方式通常可以分为铁路运输、公路运输、水路运输和管道运输四种。各种运输方式的碳排放强度由低到高依次为管道运输、铁路运输、水路运输、公路运输。不同运输方式综合能耗对比详见表2。为了降低运输过程的碳排放强度,结合化工园区的对外交通条件,遵照最优原则,充分发挥各交通运输方式的优势与组合效率,选择最适宜的运输方式,优先选择管道、铁路、水路运输。不具备水运条件的化工园区,其内部主要采用道路、铁路、管道运输。为了降低园区内运输碳排放强度,优先选择提高管道、铁路运输比例。在运输方式的选择上,有条件的园区可以建设铁路专用线,解决运输“最后一公里”的问题。液体化工品运输尽可能使用管道运输,实现原料产品互供。公路运输方面减少零担运输,降低车辆的空载率,协调整车运输。也可以在园区内选择建设中转站,实现多种方式联运。结合各种方式的优点互补进行共同配送,比单一运输方式能更有效的提升效率且节约能源。同时,推动运输工具能源低碳化也是物流交通领域实现低碳发展的重要手段,主要是加大使用可再生能源和新型能源占总能源的比重,实现运输工具的能效技术革新。2.4废物治理从促进化工园区低碳发展的角度,废物治理要从末端治理逐步转向综合利用,将废物的资源化属性充分发掘,促进园区低碳发展。重点可以从以下方面着手:一是开展化工园区固废综合利用,提高资源利用效率,推动化工园区碳减排目标的实现。二是高热值废气的回收利用,特别是大型石化园区富含氢气及燃料气的火炬气,具有较好的回收利用价值。此外,二氧化碳浓度较高的废气收集后再利用也是降低碳排放的手段之一。三是充分挖掘高热值固废燃料替代潜力,不断提高余热利用能力,实现化工园区碳减排,如化工园区高热值固废焚烧过程中会释放大量的热量,当固废热值高、处理量较大时,可以向园区供应表 2不同运输方式综合能耗对比运输方式铁路运输公路运输水路运输管道运输综合能耗0.3961.5410.4050.152tce(100 tkm)26第1期欢迎投稿欢迎订阅蒸汽;焚烧处理规模较小时,可使用热水锅炉生产热水,供本厂及周边用户使用,同样可达到回收能源的目的。3结语化工园区作为石化化工项目集聚发展的区域,是未来石化化工产业转型升级的主战场。基础设施是化工园区产业发展的基础和纽带,其碳排放发展水平直接影响了石化化工行业“双碳”目标的实现。当前在党中央提出实现碳达峰、碳中和战略的背景下,我国化工园区基础设施低碳发展需深度契合“双碳”战略的新要求;探索实现更高层次的低碳发展新方法、新路径将有助于推动我国化工园区绿色低碳发展目标的实现。Low Carbon Development Route Study of Infrastructurein Chemical Industrial ParkLIN Chang-xi,WANG Zhuo,LI Jun,JIANG Meng-fan,ZHANG Wen,WANG Zhi-jun,WU Yue,JIA Lin,WU Xiu-yu(China National Petroleum&Chemical Planning Institute,Beijing 100013,China)Abstract:Combined with carbon peaking and neutrality strategy,the recent carbon emission properties of infrastructure in chemicalindustrial park are analyzed.The low carbon development routes and suggestions of infrastructure including heating supply system,water supply and drainage system,logistic transportation system and waste disposal system in chemical industrial park are pointedout.It is indicated that the low carbon development on infrastructure would promote the target realization