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接下來的幾十年里，全球化學(xué)品需求看漲，迫使化工企業(yè)增產(chǎn)，同時(shí)，為緩解氣候和環(huán)境危機(jī)，該行業(yè)不得不向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。面對(duì)雙重挑戰(zhàn)，企業(yè)有必要采用創(chuàng)造性解決方案，回收或重復(fù)使用材料，創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以替代線性經(jīng)濟(jì)。聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)12強(qiáng)調(diào)了“負(fù)責(zé)任的消費(fèi)和生產(chǎn)”理念，許多化工企業(yè)已經(jīng)采納并將其作為指導(dǎo)方針。

化工企業(yè)正在采取各種方法來提高資源效率，追求能源效率是一個(gè)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，可能不需要大量的資本投資。當(dāng)前，全球地緣政治沖突頻發(fā)，能源安全和提高能源效率成為化工企業(yè)高管的主要關(guān)注點(diǎn)。另一個(gè)提高資源效率的方法是重復(fù)使用原材料，比如先進(jìn)的塑料回收再利用方案。

需要注意的是，在追求最佳資源效率的過程中，與小型特種化學(xué)品制造商相比，大宗化學(xué)品制造商可能采用一套不同的策略。例如，乙烯生產(chǎn)商亟需減少范圍1的排放，而特種聚合物制造商可能專注于消除廢物和產(chǎn)品的循環(huán)性。無論化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠的規(guī)模、性質(zhì)和優(yōu)先級(jí)如何，數(shù)字解決方案都有助于最大限度地提高資源效率。整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈需要具備全面的視野，從整體上提高運(yùn)營效率、盈利能力和可持續(xù)性。

有效的計(jì)劃和調(diào)度

疫情期間，全球供應(yīng)鏈承受了前所未有的壓力，能源和化工行業(yè)的供應(yīng)鏈頻繁中斷。醫(yī)療保健領(lǐng)域?qū)λ芰系男枨竺驮?，?duì)能源的需求卻急劇下降。雖然疫情逐漸退去，世界開始重新回到正軌，但歐洲的沖突加劇了市場(chǎng)波動(dòng)。面對(duì)如此風(fēng)云變幻的市場(chǎng)環(huán)境，化工企業(yè)可以通過整合上下游模式保持盈利，通過生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度滿足產(chǎn)品需求，同時(shí)節(jié)約資源（如原料），最大限度地提高生產(chǎn)利潤。例如，東南亞知名烯烴和芳烴生產(chǎn)商PTT全球化工與艾斯本合作開展了一個(gè)供應(yīng)鏈計(jì)劃優(yōu)化項(xiàng)目，以提高供應(yīng)鏈的可見性。

提高能源效率，減少碳足跡

一些化工企業(yè)在嘗試新的商業(yè)模式，以利用新原料、新能源和新產(chǎn)品，另一些承諾減少碳足跡，并在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和。除了歐盟的排放交易系統(tǒng)（ETS），世界其他地區(qū)也在考慮以交易市場(chǎng)的形式推動(dòng)碳稅。偏離這些目標(biāo)將導(dǎo)致高昂的運(yùn)營成本并大幅削減利潤率。排放交易免費(fèi)配額預(yù)計(jì)會(huì)減少，這反過來又會(huì)推高碳排放許可證價(jià)格。企業(yè)要想長期生存和發(fā)展，除了減少燃料氣體和蒸汽等公用事業(yè)需求，還必須提高重要工藝的能源效率。由于市場(chǎng)競(jìng)爭激烈、原材料波動(dòng)、利潤率較低，大宗化學(xué)品生產(chǎn)商只需稍稍改進(jìn)操作以提高能源效率，就能顯著提升凈利潤。

創(chuàng)建工廠數(shù)字孿生可以幫助識(shí)別整個(gè)工廠的機(jī)會(huì)，無需資本投資即可提高能源效率。例如，LG化學(xué)公司在韓國大山年產(chǎn)90萬噸的乙烯工廠使用Aspen Plus和Aspen Energy Analyzer為工廠創(chuàng)建了數(shù)字孿生。一次能源分析就能發(fā)現(xiàn)約60個(gè)節(jié)能機(jī)會(huì)。在對(duì)商業(yè)和運(yùn)營可行性進(jìn)行評(píng)估后，LG化學(xué)選擇了其中的20個(gè)機(jī)會(huì)并實(shí)施了相應(yīng)的舉措，最終減少了3-4%的整體能耗，估計(jì)每年將為工廠帶來1000萬美元的額外利潤。

提高利潤率和減少碳足跡的另一個(gè)途徑是優(yōu)化燃料、氫氣和蒸汽等公用事業(yè)，一些大型化工企業(yè)正是采用積極的公用事業(yè)管理方式來提高能源效率。通過部署先進(jìn)過程控制（APC）和數(shù)字孿生等數(shù)字解決方案，企業(yè)將能夠更好地了解和控制公用事業(yè)的運(yùn)行情況、排放水平和降耗機(jī)會(huì)。幾十年來，APC一直被過程行業(yè)用以提高過程效率。除了解決非線性問題，新的APC工具還能利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），從工廠的歷史績效中學(xué)習(xí)，用戶只需花費(fèi)很少的時(shí)間，即可優(yōu)化所需的經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營變量。同樣，數(shù)字孿生是跟蹤和管理排放的強(qiáng)大工具，還能就消除工藝瓶頸提供諸多洞察。數(shù)字孿生有助于在設(shè)備層面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定位排放源，并幫助驗(yàn)證和協(xié)調(diào)可用于報(bào)告和決策的全站數(shù)據(jù)。

減少廢物產(chǎn)生

化工行業(yè)產(chǎn)生的廢物占全球廢物總量的很大一部分。廢物可以是液體、固體或氣體。美國國家環(huán)境保護(hù)局（EPA）的數(shù)據(jù)顯示，僅在美國，2019年就有2.37萬臺(tái)有源發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了3490萬噸危險(xiǎn)廢物。由于化工行業(yè)消耗大量的水來冷卻過程或作為工藝的一部分，廢水是最大的廢物流。

為盡量減少廢物的產(chǎn)生，化工行業(yè)以不同的方式利用數(shù)字解決方案，首先是平衡各種預(yù)防性策略，防止或盡量減少廢物的產(chǎn)生，其次是管理已產(chǎn)生出的廢物的策略。這種循環(huán)方法的兩個(gè)方面都受益于數(shù)字解決方案的實(shí)施。例如，制造廠的焚燒會(huì)產(chǎn)生廢物，影響附近社區(qū)的環(huán)境。其他舉措包括減少對(duì)產(chǎn)品進(jìn)一步處理的需求，或最大限度地減少催化劑的衰減。

圖1. 化學(xué)制造行業(yè)的循環(huán)價(jià)值鏈?zhǔn)疽鈭D，在每個(gè)環(huán)節(jié)都列出了利用數(shù)字解決方案的潛在機(jī)會(huì)

結(jié)論

為了應(yīng)對(duì)新的技術(shù)和環(huán)境挑戰(zhàn)，化工行業(yè)比以往任何時(shí)候都更需要數(shù)字技術(shù)。數(shù)字化解決方案對(duì)于提高資源效率和減少行業(yè)運(yùn)營的碳足跡至關(guān)重要。在本文的幾個(gè)案例中，我們利用數(shù)字解決方案，在沒有任何新的資本支出的情況下，幫助客戶提高了工廠的整體可靠性、生產(chǎn)力和效率。鑒于企業(yè)的資源有限，客戶對(duì)負(fù)責(zé)任的生產(chǎn)的要求越來越高，加上化學(xué)品市場(chǎng)的競(jìng)爭日益加劇，化學(xué)品制造商正在快速改革運(yùn)營，以獲得額外的收入機(jī)會(huì)。

面對(duì)全球化學(xué)品需求增長和可持續(xù)發(fā)展的壓力，處于動(dòng)蕩市場(chǎng)中的企業(yè)迫切需要提高運(yùn)營敏捷性、靈活性和洞察力。作為行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要組成部分，領(lǐng)先的化工企業(yè)正在采用數(shù)字化解決方案，以提高資源效率，盡可能減少運(yùn)營中的碳足跡。文中提到的公司在沒有任何新資本支出的情況下，利用數(shù)字化解決方案提高工廠的整體可靠性、生產(chǎn)力和效率。從供應(yīng)鏈到設(shè)計(jì)、再到生產(chǎn)、可靠性和維護(hù)，數(shù)字化解決方案在化學(xué)品價(jià)值鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)提供運(yùn)營洞察并創(chuàng)造價(jià)值。