利用氢能助力石化行业的能源转型

虽然所有人都认为我们要为能源的可持续发展塑造一个全新的未来，但在世界许多地区，这种转型说起来容易，做起来难。推进能源转型的切入点千差万别，所有国家都需要寻找适合其地理环境的能源资源和方法。

以巴西为例，如果该国的某些地区甚至还没有通电，那么从化石燃料到可再生能源的转型又从何谈起呢？

这是作为美洲规模最大的热塑性树脂生产商和全球主要的生物聚合物生产商之一 的 Braskem 所面临的问题。由于电网质量以及天然气利用率低下等问题，巴西始终面临生产损失和维护成本高的难题。因此 Braskem 需要减少用水量和 CO_2e  排放量，以降低对当地环境造成的影响。

Braskem 通过与西门子能源的合作找到了解决方案：位于 Mauá São 镇的 ABC 石化总厂的项目将对该地区的发电系统进行现代化改造，从而提高生产效率，同时改善该公司的可持续发展指标。西门子能源成功解决了 Braskem 所面临的部分挑战，并设计了一个热电联产装置，该装置将利用含氢量较高的残余工艺气体作为燃料。Braskem 圣保罗城区首席工业官 Luís Pazin 说：“发电系统的现代化改造是我们 Vesta 项目的一部分，该项目将大幅降低生产设施的整体能耗，这将帮助我们实现可持续发展目标。”

西门子能源和 Braskem 总共投资约为 1.1 亿美元用于裂化装置系统技术改造，裂化装置是该石化工厂的核心生产设施，用于生产化工和塑料行业使用的原材料。通过优化设计，可以提高乙烯装置的效率。

本项目采用了两台西门子能源燃气轮机的联合循环解决方案，每小时可以发电 38 兆瓦，并提供蒸汽 160 吨。据Braskem 估算，在燃机改造项目完成后，裂解装置的用水量将减少 11.4%，CO_2e 排放量将减少 6.3%，从而减轻对环境造成的影响并加快实现其可持续发展目标。此外，燃气轮机的 NO_x 排放量也很低，仅为25ppm。

该项目还使西门子能源有机会实现 2019 年初制定的目标，暨承诺到2030年前，实现燃气轮机 100% 氢气燃烧。Braskem 升级改造项目计划于 2022 年底完成，届时两台 SGT-600 燃气轮机将实现 40-60% 掺氢燃烧。

在不远的将来，理想的场景是这样的：燃气轮机将完全实现采用“绿氢”作为燃料，这些绿氢通过可再生能源产生的剩余电力，利用电解水技术生产。位于瑞典芬斯蓬的西门子能源的高级可持续发展战略家 Åsa Lyckström 认为，氢气可能被证实是建立绿色、可持续能源系统不可或缺的一环。

据 Lyckström 称，提高混合燃料中氢气占比的关键在于燃烧器的设计。氢气具有非常高的火焰传播速度，当火焰被吸回时可能会损坏燃烧器。西门子能源团队使用 3D 打印技术优化 DLE（干式低排放）燃烧器设计，提高燃料和空气混合物的上游气流速度，以保护燃烧器硬件。随着工业领域去碳化进程的推进，使用含有氢气的残余工艺气体将在全球的化工、石化行业和炼油设施中发挥关键的作用。

持续推进的长期合作伙伴关系除了确保工厂的长期可持续发展和高效率外，该项目还展示了涵盖整个价值链的“能源即服务”方法的优势：西门子能源将建造、持有并运营这一热电联产装置 15 年。这会满足客户对可靠安全运行的需求，同时节省资本支出。西门子能源以其久经考验的技术（例如带有 DLE 燃烧系统和压缩机的燃气轮机）实现较高的可靠性、可利用率和效率，并且超越最初的设计要求预期。实现这样的运行结果，不仅没有额外增加成本，还显著降低了这家石化巨头的电网故障率。

“得益于我们的技术优势和运营能力，Braskem 才会信心十足地选择我们作为这项具有挑战性的项目的战略合作伙伴，”西门子能源巴西能源资产管理主管 André Cassolato说，“这一创新解决方案确保 Braskem 将资源集中在核心业务上，将热电联产设施的工程设计、实施、运营和维护的必要投资交付给西门子能源。

该文章于2020 年 10 月首次发表；并于2022 年 10月修订

Roman Elsener 是驻纽约的新闻、商业和技术记者。

图片来源：Braskem、西门子能源