能源轉型下的工程實踐

文/Peter Schlossnikel，Michael Haid博士

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

Hykero工廠的3D打印模型——第一家年產50 000 t電煤油的工業工廠

未來能源的過程與工藝——隨著原材料和能源價格的持續上漲，可用的資源越來越少，越來越多的材料出現短缺，這種挑戰還將持續下去，現在是時候思考如何解決這種困境，現代工廠建設如何為能源轉型和去碳化作出貢獻。

可以毫不夸張地說，人類正面臨著這個時代最大的挑戰：氣候變化。能源資源日益稀缺、原材料和能源價格持續上漲、目前俄烏沖突以及隨之出現的石油和天然氣短缺都是當前需要解決的問題。能源轉型迫在眉睫，越來越需要替代工藝和技術解決方案。過程工廠工程建設在這里發揮著關鍵作用，因為新的想法和概念必須在功能性、經濟性的工廠中具體實施。

為了實現碳中和的生產，工業工廠必須專注于3個主要領域：1.使用替代能源。2.資源節約和能源優化生產。3.生產有價值的產品。

許多工業公司對這些要求做出了反應：在煉油廠和石油化工行業領域，產品范圍正在從燃料轉向石化中間產品。越來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注的焦點。來自維也納的P?rner Ingenieurgesellschaft公司憑借其工藝工程專業知識和專有技術，可以實現工廠的改造或煉油廠的重組，以實現能源優化和減少二氧化碳的排放。

可持續性Power-to-X解決方案

綠氫是通過可再生電力電解水產生的，被認為是能源轉型的一個重要組成部分，未來還將被用于生產所謂的電煤油，即基于可再生電力的燃料。這些特別用于航空業，因為在可預見的未來，液體燃料的廣泛替代品是不存在的。

來自萊比錫的EDL Anlagenbau Gesellschaft公司是P?rner集團的子公司，正在推動航空領域的可持續性發展。作為一家技術公司和系統集成商，擁有數十年的工廠工程經驗，EDL已經為生產基于電力的可持續航空燃料（SAF）開發了工業解決方案，也被稱為Power-to-液體（PtL）煤油。通過將世界領先的系統合作伙伴的工藝集成到EDL技術中,實現了工業運行可靠性，減碳的高效管理，全面的可擴展性和符合標準的高質量SAF產品等質量特性。Power-to-X工廠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碳源。

通過Hykero項目（來自英文 “氫 ”和 “煤油”），即選定的IPCEI項目之一（IPCEI=重要的歐洲共同利益項目），EDL在“技術準備水平9級 ”技術的基礎上開發了Hykero工藝，該技術目前已經被允許進行PtL煤油的商業生產。

年產5萬t PtL煤油的Hykero工廠將建在萊比錫南部的B?hlen Lippendorf。

該地提供了理想的基礎設施條件，而且離萊比錫—哈勒機場也不遠，它將成為世界上最大的PtL煤油工業工廠之一。

工藝工程的工廠建設是提高資源節約和能源效率的關鍵。

通過電解產生綠氫，然后用于生產合成氣體，并在進一步的工藝階段轉化為可再生合成航空燃料。第一批綠色煤油預計于2026年面世，這都是由綠色原料生產：可再生電力、可持續碳和水。創新的工廠設計使工廠能夠在整個生命周期實現碳的零排放，因為工廠內的工藝氣體和副產品得到了充分的利用。這確保了Hykero工廠的二氧化碳中性足跡。

生物質能——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能。這樣就可以把受損木材以及木材廢料通過焦化和氣化等方式，生產出高質量的綠色合成氣體。通過適當的后處理，如氣體凈化和甲烷化，氣體將被進一步加工成生物甲烷或氫氣，并輸入天然氣網。由于使用了木材廢料，森林面積得到了保護，這反過來又對減少二氧化碳做出了重大貢獻。

焦化是在250~280℃對生物質進行熱處理。焦化后的生物質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的原料使用。在隨后的兩級氣化技術中，生產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，由焦化的生物質能和殘余物生產的合成氣為減少二氧化碳的生產過程提供了一個多功能、可擴展且具有成本效益的選擇。P?rner公司目前正在荷蘭規劃和開發一個25 MW的工廠，用于氣化焦化生物質和殘余木材。該工藝在最近幾個月得到了進一步的發展，因此，工業余熱也得到了經濟利用，整個工藝的效率得到了顯著提高。該工廠的建設計劃于2022年秋季開始。

通過節約資源來保護環境

為了更環保，EDL開發了一種塑料回收技術。用于解聚聚烯烴類塑料廢料的專利工藝將聚乙烯和聚丙烯廢料轉化為有價值的產品，如蠟和碳氫化合物。因此，塑料廢料變廢為寶，再次成為工業的寶貴原料。

越來越多的企業開始關注能源優化和循環經濟。P?rner集團最近訂單中的例子清楚地說明了這一點：RWE投資了一個從污水污泥中回收磷的工廠，PCK優化了其煉油廠的芳烴提取，隨著其在Tr?glitz建造第三個廢油理廠，Puraglobe正在投資于廢油的長期可持續利用。

生產有價值的產品

廢木材氣化廠的工廠設計

可持續發展也意味著制造出在應用、使用壽命和重復可利用方面更加優化的產品。作為一個以技術為導向的工廠規劃專家，P?rner公司還自己研發了環保的回收工藝。例如，該公司已經研發了一種從稻殼灰燼中生產生物硅酸鹽的工藝，與傳統的石英砂高溫生產相比，它可以節省70%的二氧化碳排放量。在全球每年約7億t的稻米生產中，稻殼約占20%。這些可以在現代生物質發電廠中轉化為氣候友好的可再生綠色能源。反過來，這會留下20%的稻殼灰（RHA），這在以前必須被填埋。RHA含有約90%的硅。這種新穎的專利工藝利用廢品RHA，將其加工和浸出為高純度的、高科技的生物硅酸鹽，這是許多工業應用（洗滌劑、化妝品、建筑產品和 “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600萬t，而且目前來看后續還將持續增加。

機遇與挑戰

由于目前的全球經濟發展，能源轉型正在加速，對于工業界來說，這既帶來了巨大的挑戰，也帶來了巨大的機遇。過程工廠工程建設在通過技術創新掌握必要的轉型方面發揮著核心作用。從長遠來看，這將加強歐洲工業的國際競爭力。能源和生產系統的環保轉型需要大量投資，但會創造新的價值鏈，從而成為未來幾十年經濟發展的基礎。然而，只有創造統一的法律框架條件，全面實施才能成功。 ●