低碳智慧煉化-徐春明

低碳智慧煉化徐春明中國石油大學(xué)重質(zhì)油全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東石油化工學(xué)院中國中國沙特8%韓國5%印度4%伊朗4%其他41%?！鑫覈突ば袠I(yè)總產(chǎn)值居世界第一位；■化肥、合成氨、合成纖維、甲醇等產(chǎn)量居世界第一位；煉油第一大國·數(shù)據(jù)來源網(wǎng)上公開信息整理世界能源結(jié)構(gòu)變化趨勢氣體排放公約《聯(lián)合國氣候變化框架公約》巴黎協(xié)定在聯(lián)合國氣候變化大會(huì)上得到所有國家簽署，碳達(dá)峰、碳中和成為核心。中國正式提出2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。全球共已有150個(gè)國家設(shè)定了碳中和目標(biāo)，有50余個(gè)國家實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰。美國于2007實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。截止2010年，全球50個(gè)國家實(shí)·數(shù)據(jù)來源《BP世界能源年鑒2020》全球能源體系正在向低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型!源評(píng)價(jià)加工與利用2.雙碳戰(zhàn)略機(jī)遇：我國能源結(jié)構(gòu)變化2009年2015年2020年化石能源占80%轉(zhuǎn)向非化石能源約80%■綠氫發(fā)展?jié)摿薮?，預(yù)計(jì)2030年我國氫氣年均供應(yīng)量將達(dá)熱能：美能；其他二與利用一、背景2.雙碳戰(zhàn)略機(jī)遇：化工再電氣化100%廠風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能電站輸電線路調(diào)度輸電線路20502050太陽能、風(fēng)能、潮汐能、核能技術(shù)持續(xù)發(fā)展預(yù)計(jì)2060年煤電裝機(jī)退出，清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到96%·數(shù)據(jù)來源《中國2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望》風(fēng)電、光伏發(fā)電(綠電)技術(shù)處于快速發(fā)展時(shí)期，綠色能源助力達(dá)成“雙碳”國標(biāo)3.智慧化時(shí)代來臨第四次工業(yè)革命將互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，全球正在爭奪智慧工業(yè)制高點(diǎn)。自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)共享程度高、自主規(guī)劃和優(yōu)化程度高的“智慧革命”正在重塑各行業(yè)格局?；ば袠I(yè)也正在經(jīng)歷系統(tǒng)性變革，智慧化工將是必然趨勢。美國數(shù)字經(jīng)濟(jì)議程下一代數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用發(fā)展北美洲主要國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展歐盟數(shù)字化單一市場戰(zhàn)略打破歐盟境內(nèi)數(shù)字市場的壁壘最大化數(shù)字經(jīng)濟(jì)德國數(shù)字化戰(zhàn)略2025明確制造轉(zhuǎn)型和構(gòu)建未來數(shù)字社會(huì)的發(fā)展思路日本科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略2020加快創(chuàng)歷的創(chuàng)請”、加強(qiáng)料研實(shí)力，杭理數(shù)字化臨基礎(chǔ)技術(shù)銀/數(shù)字基礎(chǔ)建設(shè)“十四五”規(guī)劃數(shù)字中國6一、背景3.智慧化時(shí)代來臨二To■二To路徑，促成化學(xué)廢物轉(zhuǎn)化為藥物或化學(xué)肥料等有價(jià)值的產(chǎn)品。■效果：以200多種化工廠日常產(chǎn)生的化學(xué)廢物為原料演算出300多條化學(xué)合成路徑，成功率高且完成量產(chǎn)?！鲆饬x：該研究可協(xié)助化工產(chǎn)業(yè)低碳處理廢物，節(jié)約資源，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。烴資源評(píng)價(jià)加飛與利用7一、背景3.智慧化時(shí)代來臨Al加速CFD建模方法■背景：CFD模擬對化工過程強(qiáng)化有重要的意義，流體流動(dòng)采用的Navier-AALearnbdinterpolatiLearnbdinterpolatit?24t?2486倍加速6Timeunticorr86倍加速6TimeunticorrBB業(yè)C8NeuralnetGroundtruthBaselineNouralnetGroundtruthB次號(hào)94.低碳與智慧化交叉時(shí)代的新機(jī)遇與挑戰(zhàn)高端化高端化因此，“低碳智慧煉化”交叉領(lǐng)域是時(shí)代發(fā)展的1.低碳化發(fā)發(fā)電量/×102kW-h220202025203020352040風(fēng)電：木陽能發(fā)電：生物質(zhì)能等發(fā)電綠電實(shí)現(xiàn)供能方式低碳CO2-EOR技術(shù)捕集材料20熱爐提效加熱替代20熱爐提效加熱替代插集工藝富氧燃燒火電火電綠電綠氫低碳能源低碳能源清潔生產(chǎn)催化劑提升清潔生產(chǎn)催化劑提升非石化接源新技術(shù)技術(shù)升級(jí)非石化接源過程強(qiáng)化技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)變革實(shí)現(xiàn)過程減碳10二、低碳智慧煉化的內(nèi)涵二、低碳智慧煉化的內(nèi)涵1.低碳化(2)全生命周期管理實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈低碳和預(yù)測、精益生產(chǎn)，減少浪費(fèi)。低碳低碳低碳智能制造業(yè)8大浪費(fèi)現(xiàn)象過量(早)生產(chǎn)過量(早)生產(chǎn)●均衡生產(chǎn)●減少時(shí)間配置●整合質(zhì)量管控●整合庫存管理●整合預(yù)防維修●實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與信息化二、低碳智慧煉化的內(nèi)涵二、低碳智慧煉化的內(nèi)涵2.智慧化化工行業(yè)的智慧化2.智慧化1)從實(shí)驗(yàn)室到工廠，放大效應(yīng)、工程化問題，加速技術(shù)落地2)從分子到工廠，快速感知，依靠模型精準(zhǔn)過程決策和調(diào)控顯著特性：傳統(tǒng)理論與智能化技術(shù)的有效結(jié)合“三傳一反”基礎(chǔ)理論智能化技術(shù)實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)模型訓(xùn)練大數(shù)據(jù)DATA中試示范工業(yè)裝置傳熱智能優(yōu)化四三、低碳智慧煉油發(fā)展綠電驅(qū)動(dòng)的變革性石化低碳路線，加快從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化進(jìn)程化學(xué)空闊一空間-工況下結(jié)構(gòu)構(gòu)效關(guān)系健化剛特性系統(tǒng)優(yōu)化核心裝備過程調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)化核心裝備過程調(diào)控物料感知反應(yīng)機(jī)理工藝工程設(shè)計(jì)能量系統(tǒng)全鏈條智能設(shè)計(jì)反能量系統(tǒng)全鏈條智能設(shè)計(jì)反蜘蜘導(dǎo)電催化劑物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置感知機(jī)理及催化劑裝備程設(shè)計(jì)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置石油分子群特征石油分子群特征是好名名是好名名■yp結(jié)構(gòu)變化大描述困難構(gòu)建繁瑣物性缺失物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程系統(tǒng)感知機(jī)理及催化劑裝備程設(shè)計(jì)調(diào)控優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范原子連接矩陣數(shù)字化儲(chǔ)存處理計(jì)算機(jī)重新生成原子連接信息數(shù)字化儲(chǔ)存處理計(jì)算機(jī)重新生成工業(yè)裝置工業(yè)裝置通過化學(xué)空間與數(shù)字空間的映射通過化學(xué)空間與數(shù)字空間的映射使計(jì)算機(jī)理解分子結(jié)構(gòu)化學(xué)空間資源評(píng)價(jià)加工與利用數(shù)字空間化學(xué)空間資源評(píng)價(jià)加工與利用物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程系統(tǒng)感知機(jī)理及催化劑裝備程設(shè)計(jì)調(diào)控優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置源評(píng)價(jià)加工與利用反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化裝備物料感知及催化劑實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置ExtensionA6=1;A4=1;R=1:6ExtensionA6=1;A4=1;R=1:6…石油分子物性準(zhǔn)確預(yù)測眾號(hào)烴資源評(píng)價(jià)加工與優(yōu)化優(yōu)化機(jī)理過程裝備物料感知工藝工程設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中試示范+分子結(jié)構(gòu)進(jìn)化過程+分子結(jié)構(gòu)進(jìn)化過程工業(yè)裝置工業(yè)裝置0高性能車用分子00uu公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加工與利用反應(yīng)機(jī)理及催化劑實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置物流復(fù)雜分子信息絡(luò)及模型價(jià)加工與利用19系統(tǒng)優(yōu)化過程調(diào)控物料感知系統(tǒng)優(yōu)化過程調(diào)控物料感知核心裝備反應(yīng)機(jī)理工藝工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置化學(xué)空間化學(xué)空間反應(yīng)路徑反應(yīng)物分子反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化分子反應(yīng)規(guī)則反應(yīng)機(jī)理→反應(yīng)規(guī)則推測反應(yīng)路徑反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化分子反應(yīng)規(guī)則實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置物料反應(yīng)機(jī)理催化材料及催化劑s:公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加王與利用工業(yè)裝置工業(yè)裝置實(shí)驗(yàn)室中試示范物料感知實(shí)驗(yàn)室中試示范物料感知過程調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)化核心裝備0原料：0二公眾號(hào)·烴資源評(píng)價(jià)加工與利用2三、低碳智慧煉油物料感知過程調(diào)控反應(yīng)機(jī)理物料感知過程調(diào)控反應(yīng)機(jī)理系統(tǒng)優(yōu)化核心裝備實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置復(fù)雜分子復(fù)雜分子轉(zhuǎn)化模型產(chǎn)物分布催化材料(酸性、孔結(jié)構(gòu)、酸分布金屬含量源評(píng)價(jià)加工與利用23實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中試示范反應(yīng)機(jī)理催化材料及催化劑裝備工藝工程設(shè)計(jì)過程調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)化工業(yè)裝置工業(yè)裝置。異構(gòu)烷烴汽油收率增加，優(yōu)質(zhì)組分異構(gòu)烷烴收率同樣增加優(yōu)化后汽油收率異構(gòu)烷烴烯烴實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置物料機(jī)理催化材料及催化劑工況下結(jié)構(gòu)催化瘤特性工況下結(jié)構(gòu)導(dǎo)電催化劑導(dǎo)電催化劑預(yù)測符理論構(gòu)建結(jié)特性粒結(jié)構(gòu)顧粒還原過程極擬立度”描述符立度”描述符誘導(dǎo)活化誘導(dǎo)活化平價(jià)加工與利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置工業(yè)裝置物料感知反應(yīng)機(jī)理催化材料催化材料及催化劑核心裝備工藝工程設(shè)計(jì)過程調(diào)控系統(tǒng)優(yōu)化催化劑原位供熱&誘導(dǎo)活化甲烷蒸汽重整甲烷蒸汽重整cc自②提高了催化劑利用率，65%S.T.Wismannetal,SciK.MurakamietalCbemicalCS.T.Wismannetal,Sci三、低碳智慧煉油實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置反應(yīng)機(jī)理核心裝備催化材料及催化劑關(guān)鍵問題：與導(dǎo)電催化劑相匹配的綠電供能裝備開發(fā)●外部供熱催化劑原位導(dǎo)電●傳熱效率高以100萬噸/年催化裂解裝置為例，綠電供能CO?排放降低約90%與利用27綠電加入代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料，通過電磁場作用供能供熱，大幅減少CO?排放與利用27三、低碳智慧煉油物料感知過程調(diào)控反應(yīng)機(jī)理物料感知過程調(diào)控反應(yīng)機(jī)理系統(tǒng)優(yōu)化核心裝備催化材料及催化劑實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置石油加工過程綠電供能裝備丙烷脫氫丙烷脫氫Ooopi相同轉(zhuǎn)化率下反應(yīng)溫度降低約100℃相同轉(zhuǎn)化率下反應(yīng)溫度降低約100℃生產(chǎn)每公噸氫氣降低1.36-3.28公噸生產(chǎn)每公噸氫氣降低1.36-3.28公噸CO?的丙烯收率(原溫度600℃)●降低了石油加工過程碳排放●降低了石油加工過程能耗王與利用8物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置感知機(jī)理及催化劑裝備程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置基于機(jī)理模型與工業(yè)數(shù)據(jù)，將CFD與Al融合，開發(fā)工業(yè)裝置模型特征選擇模式識(shí)別特征選擇模式識(shí)別委FCC裝置數(shù)據(jù)庫委預(yù)測6TPTP甲參數(shù)建議提供容數(shù)參數(shù)建議提供容數(shù)工業(yè)FCC裝置物料反應(yīng)物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程感知機(jī)理及催化劑裝備程設(shè)計(jì)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范《工墨中試示范《工墨流場、溫度場、源評(píng)價(jià)加工與利用。物料反應(yīng)催化材料核心工藝工過程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中試示范《工墨感知機(jī)理及催化劑裝備實(shí)驗(yàn)室中試示范《工墨關(guān)鍵問題：如何通過智能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)煉廠低碳化生產(chǎn)GiieeCldvefdvef……pwaweD煉油過程是高度復(fù)雜的烴類體系加工系統(tǒng)原評(píng)價(jià)加工與利用系統(tǒng)系統(tǒng)反應(yīng)機(jī)理及催化劑實(shí)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置清潔油品生產(chǎn)降低氫耗高硫劣質(zhì)原油加工比例增加尾氣污染清潔油品生產(chǎn)降低氫耗加氫過程比例增加優(yōu)化石化企業(yè)氫氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)加王與利用系統(tǒng)調(diào)控物料系統(tǒng)調(diào)控物料反應(yīng)機(jī)理及催化劑實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置千萬噸級(jí)煉廠氫氣系統(tǒng)優(yōu)化成效經(jīng)濟(jì)效益提升氫氣利用率提升經(jīng)濟(jì)效益提升氫氣利用率提升2~5個(gè)百分點(diǎn)3000~6000萬元/年2~3萬噸/年3000~6000萬元/年L3調(diào)控及催化劑實(shí)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置挑戰(zhàn)1:多變量非線性挑戰(zhàn)1:多變量非線性挑戰(zhàn)2:多約束多目標(biāo)強(qiáng)耦合大時(shí)滯挑戰(zhàn)4:自干擾優(yōu)化感知反應(yīng)機(jī)理優(yōu)化感知反應(yīng)機(jī)理過程調(diào)控裝備實(shí)實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置單回路，串級(jí)控制多變量智能控制單回路，串級(jí)控制離離離AIC離離離AIC爐膛負(fù)FIC2FIC2PRG氧含量Fic8引風(fēng)機(jī)民鼓風(fēng)機(jī)燃料氣—鼓風(fēng)機(jī)燃料氣支路溫燃料氣—度均衡實(shí)驗(yàn)室中試示范物料感知實(shí)驗(yàn)室中試示范物料感知系統(tǒng)機(jī)理過程調(diào)控核心工業(yè)裝置工業(yè)裝置期明15期明15期二166實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室中試示范工業(yè)裝置工業(yè)裝