目前来看，煤炭消费比例逐渐降低，但是绝对值仍处于峰值，摆脱对煤炭的依赖还需要时间；石油这么多年基本上在能源消费中占17%—18%，从绝对值来看还未达到峰值；作为传统化石能源向新型清洁能源过渡的桥梁，天然气占能源消费总量超过10%目标是完全可以实现的，也是绿色发展最低要求。
长期以来，我国二氧化碳排放量与经济增长保持同步态势，说明我国经济增长主要还是依靠粗放型的资源消耗带动，经济增长未实现与碳排放的脱钩。2011年以后，我国开始实行较为严格的环保政策，再加上节能减排技术的应用，以及居民环保意识的增强，碳排放增速开始下降，二氧化碳排放总量基本维持在100亿吨左右。怎样才能在消耗能量的同时，减少排放二氧化碳？这也是一个单位能耗二氧化碳排放强度问题。要从根本上解决这个问题，就是要利用零碳的绿电和绿氢。虽然绿电绿氢也是能源，但是在使用过程中并不排放二氧化碳，这样可以达到提供绿色能源的同时，又可以不排放二氧化碳，既保证经济发展，又能够少排放二氧化碳。
基于上述一些思考，我们团队发明了一种以电加热的方式，来实现烯烃生产，根据实践得到的结果，可以利用电加热的方式，替代传统加热炉烧燃料或者烧燃料供蒸汽的加热方式，来替代常规石油加工过程。
这里面有两个重要过程，一个是丙烷脱氢，这也是生产丙烯的主要过程，常规都是靠加热炉加热等方式进行生产。如果利用380V的电，通过空间供能方式，不通过辐射传导，这样就改变了热传导方式，能够带来一些新的变化，这个过程可以使能耗降低，不产生二氧化碳排放。值得一提的是，这个过程也尝试代替高温的蒸汽裂解，那么高温蒸汽裂解反应温度在850摄氏度左右，也是靠高温燃烧的加热炉提供能量，同样也是用380V的电，通过空间供能方式提供相应热量，实际上这个过程中的能耗非常关键，突破在电磁强化供能的核心装备以及控制系统，怎么能够快速实现加热，同时还要稳定控制反应度。这个过程中如果有催化剂，还要研究带电磁响应催化剂的性能，期盼能够对传统石油化工的过程进行变革，未来希望用简便的快速电加热方式替代常规加热炉供热的方式，可以非常灵活地把很多低价值的副产品，例如丙烷、低碳烃、芳烃都转化成丙烯、乙烯、丁二烯等三烯，过程中只消耗绿电，通过前期的初步研究，通过测算用绿电替代传统的加热方式可以使整个投资减少2/3。同时，如果绿电成本降至0.2元以下，那么每吨产品消耗1000多度电的成本也可以降低。
另外一个重要的过程就是合成氨过程，它是利用煤、石油、天然气作为原料，通过高温气化变成一氧化碳和氢，其中氢再跟氮变成氨，这也是一个高能耗、高排放过程。那能否利用绿电、水，以及一些副产的烟气来替代这些原料，甚至改变这个过程？答案是肯定的，利用利用水通过电解水制氢得到氢气，再把一些烟气通过变压吸附得到氮气和二氧化碳，氢气跟氮气就是合成氨，而氨与二氧化碳可以做尿素，这个过程可以不消耗任何的化石能源，完全利用绿电，包括合成氨的反应过程也可以用电加热方式，原来一个高能耗、高排放的过程就变成低能耗甚至没有排放的绿色过程。另外，合成氨本身也可以作为一个储氢的介质，把氨作为储氢运到各个地方，当然氨本身也可以长时间直接燃烧，作为液体的绿色燃料。这个过程如果打通等于为绿电的大规模消纳，以及绿电氨的生产提供一个新的变革性技术。这个绿电应用有一个很大的问题，就是不稳定性。不论是太阳能还是风电，其最大的属性就是间歇式、波动式的，然而大规模消纳绿电像上述提及的电烯和电氨，又是一个需要长周期稳定运行的过程。因此，怎样才能把这种波动的可再生电力用于稳定连续的生产，又产生了一个新的课题。
来源：《中国石油企业》杂志2024年1月刊 l 转自：中国石油企业
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