Химийн үйлдвэрлэлийн технологи индустрийг хэрхэн хувьсгалжуулж байна

Аж үйлдвэрийн хувьсгалд хүргэж буй химийн үйлдвэрлэлийн технологийн шинэлэг бүтээл

Химийн нийлэгшлийн технологийн шинэлэг бүтээлийн үндсэн механизм

Химийн үйлдвэрлэлийн салбарт одоогоор модуль хэлхээт урвалжны байгууламж, атомын түвшинд зохион бүтээсэн материал, энерги хэмнэдэг ялгаварлах аргууд орчихлоо. Саяхан гарсан судалгаагаар (RMI 2024) эдгээр шинэ арга замаар хуучин арга техниктэй харьцуулахад үйлдвэрлэлийн зардлыг ойролцоогоор 12-с магадгүй 18 хувь хүртэл, мөн хүйтэн дулааны хийг 23 орчим хувиар бууруулж чаддаг. 2024 оны Химийн салбарын өсөлтийн тайлангийн тоо мэдээлэл нь үйлдвэрийн менежерүүд өөрсдийн ажиллагааны дутагдалтай талыг илрүүлэхэд тусалдаг. Илрүүлсэн нэгэн түгээмэл асуудал бол полимержүүлэх үе шатанд дулааны горим муу байх явдал юм. Эдгээр сул талуудыг илрүүлсний дараа компаниуд онолоор төсөөлж болохтойгоос илүү практикт сайн үр дүн өгч чадах тодорхой өөрчлөлтүүдийг хийж чадна.

Салбарын удирдагчид хийсэн катализаторын процессын шинжлэх ухааны шилдэг цаашдын алхам

Каталийн шинэлэг бүтээлүүд нь алкены функц болох зэрэг нарийн урвалд одоогоор 95% сонгомжит чанартай болсон бөгөөд өмнөх арван жилийн 68%-аас өсчээ. Зориулалтын цеолит, ганган атомын хайлш зэрэг дэвшилтэт материалууд аммиакийн нийлэгшүүлэлтийн энерги зарцуулалтыг 40%-иар бууруулсан. Эдгээр ахиц нь массаар үйлдвэрлэх химийн үйлдвэрлэлийг хувиргаж байгаа бөгөөд илүү өндөр гарцыг шууд олон сая ам.долларын үйл ажиллагааны хэмнэлтэд шилжүүлж байна.

Их хурдны туршилт болон технологийн удирдлагыг нэгтгэн судалгаа, хөгжлийн мөчрийг хурдасгах

Автомжуулсан лабораторийн реакторууд болон ухаалаг шинж чанарын системүүдийг нэгтгэж, катализаторын хөгжлийн хугацааг ихэд багасгасан. Өмнө нь ойролцоогоор хоёр жил зарцуулдаг байсан ажил одоо зургаахан сар ба хагасад хийгдэж байна. Энэ нь бодит цагт спектрийн шинжилгээг машин сургалттай хослуулснаар урвалын үр дүнг ойролцоогоор 89 хувийн нарийвчлалтай урьдчилан таамаглах боломжийг олгодог тул ажилладаг. Ингэснээр инженерүүд туршилтаа явуулах бүрт 15 дахин олон хүчин зүйлсийг шалгаж үзэх боломжтой болсон. Гар аргаар мэдээлэл оруулах алдаануудыг арилгаж, туршилтын үеэр параметрүүдэд тасралтгүй тохируулга хийх боломжийг олгоход энэ бүх процессыг хурдасгана. Ийнхүү зам зайдсуудыг ихээр арилгахад шинэлэг бүтээл гарах хурд ч бас ихэсдэг.

Түлшний эх үүсвэрийг давхаргаас чөлөөлөх, ногоон энерги нэгтгэх замаар нүүрстөрөгчийг бууруулах

Үйлдвэрлэгчид нь уламжлалт хурдас, шатамхай түлшнээс татгалзаж, харин хийн хий, ургамлын материал, цэнгэг устөрөгч зэрэг солилцооны эх үүсвэрүүдийг химийн бодис үйлдвэрлэх гол нөөц болгон ашиглаж эхэлсэн. Зарим компаниуд үйлдвэрийн хаягдал хийг метанол, олон төрлийн хуванцар зэрэг ашигтай бүтээгдэхүүн болгон хувиргах зорилгоор CCU технологийг ашиглаж эхэлсэн. Мөн зарим нарийн мэргэжлийн эх үүсвэрүүдийн хувьд онцгой анхаарал тавьж, цаашид хэдхэн жилийн дотор нефтийн бүтээгдэхүүнд эмхэтгэлээ 30 хувиар бууруулах боломжийг олгоно. Одоогоор өөрчлөлтийн нэг чухал чиглэл бол нар, салхины энерги ашиглан усыг задлан цэвэр устөрөгч үйлдвэрлэх явдал юм. Энэ шинэ арга нь хагас зуын турш тэдгээрт үндсэн үүрэг гүйцэтгэж ирсэн хэвийн болон хийг тэжээлийн бодис, цэвэрхийлэлт, ган үйлдвэрлэх зэрэг салбарт удаан хугацаанд суналттайгаар орлох болно.

Хийн хий, биомасс, цэнгэг устөрөгчийг ашиглан шатамхай органик эх үүсвэрийг солих

Сүүлийн үед өндөр даралттай биореакторын технологийг ашиглан нүүрстөрөгчийн давхар исийг агуу хэмжээний үр дүнтэйгээр арьд ногооны хүчил болгон хувиргаж байна. Тус технологи шөнөдөө нэмэлтээр гардаг солир, салхины эрчим хүчнийг ашиглах үедээ ойролцоогоор 80 хувийн ашиг шимтэй ажиллаж чаддаг. Тариан талын үлдэгдэл хаягдлыг дахин өргөнөөр ашиглах боломжийг фермерүүд олж байна. Жишээлбэл, буудайн налуу, будааны гууль зэрэг ургамлын үлдэгдлээс авсан целлюлозыг био этилен болгон боловсруулж байна. Зарим анхны түвшний үйлдвэрүүд традицийн нафта дээр суурилсан арга замаас ойролцоогоор 35-45 хувиар зардлаа бууруулж чадсан. Ирээдүйд ногоон устөрөгчөөр хангамжийг хийх электрохимийн процессын бодит боломж нэмэгдэж байна. Мэргэжид 2030-иад оны дунд үе гэхэд модульлагдсан реакторуудыг бүс нутгийн нар, салхины цахилгаан станцуудтай нягт холбон ажиллуулах замаар аммиак үйлдвэрлэлийн нийт хэмжээний талаас нь хүйтэн хийг бууруулах боломжтой гэж үзэж байна.

Тохиолдол: Сэргээгдэх тэжээл ба CO2-с метанол үйлдвэрлэх шинэчлэл

Салхилж буй дизелийн түлшний солих нөхөн орлуулгыг жилдэд 2 сая тонноос илүү нийлүүлдэг эрчим хүчний эх үүсвэрийн хамгийн том нийлүүлэгч болон нүүрстөрөгчийн давхар исэлтийг метанол болгон хувиргадаг арга технологийн тэргүүлэх компани нь цахилгаан болон силикийн үйлдвэрлэлээс гарах хийн ялгаруулалтыг ашигладаг. Эдгээр төслүүд каталикт замыг сайжруулах, мөн үйлдвэрлэлийн симбиозын сүлжээг ашиглах замаар хэвийн арга барилаас 50–70% бага нүүрстөрөгчийн ялгаралттай байдаг.

Цөөн нүүрстөрөгчтэй химийн бодис үйлдвэрлэхэд электролиз болон нүүрстөрөгчийн хийг баривчлах технологийг масштабжуулах

Дэвшилтэт шүлтлэг электролизаторууд одоогоор зогссоор ажилладаг сэргээгдэх эрчим хүчний 80% АҮК-тэй ажиллаж, модульлаг байдалтай нүүрстөрөгчийн хийг баривчлах төхөөрөмжүүдтэй хослуулан ажиллахад үйлдвэрлэлийн явцад гарах хийн ялгаралтын 90%-ийг баривчилдаг. Ингэснээр уурны крекингийн аргаар үйлдвэрлэсэн этиленгийн нүүрстөрөгчийн интенсив бус байдлыг 60%-иар бууруулах боломжийг олгодог бөгөөд сэргээгдэх эрчим хүчний хангамжийн хувьд ачааллын уян хатан ажиллагаатай хослуулбал илүү үр дүнтэй байдаг.

Орчин үеийн химийн үйлдвэрлэлд цахилгаанжуулалт болон энергийн үр ашигтай ашиглалт

Шатахуунд суурилсан халаалтаас сэргээгдэх энерги ашигладаг цахилгаанжуулсан урвалжруу шилжих

Химийн үйлдвэрүүд дулааны хэрэгцээгээ одоогоор ихэвчлэн нүүрс, нефть, хий шиг арьдсан түлшнээс хангаж байгаа бөгөөд ерөнхий энергийн хэрэглээний 20-40 хувь нь ийм арга замаас олддог гэж тооцож байна. Гэсэн хэдий ч урвалын технологийн шинэ хөгжил энэхүү байдлыг томоохон өөрчилж байна. Олон үйлдвэрт салхи, нарны энерги ашигладаг урвалын системүүд хуучин хийн системийг оронд нь оруулж эхэлсэн. Минар үйлдвэрүүд нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг хэрхэн бууруулах боломжтойг судалсан мөрдөн тавьсан судалгаагаар үзүүлэхэд, цахилгаан урвалын систем рүү шилжих нь хуучин хийн системтэй харьцуулахад энергийн хэрэглээг 30-35 хувиар бууруулдаг. Түүнчлэн шууд ялгаруулах бүхий л ялгаралтыг бараг бүрэн арилгадаг. Эдгээр системийг онцгой химийн бодис үйлдвэрлэхэд шаардагдах маш нарийн температурыг хадгалж чаддаг чадвар нь тэдгээрийг онцгой престижитэй болгодог. Энэ нарийвчлал нь салхи, нарны энерги зарим үед хэрэгтэй үедээ байхгүй байх асуудлыг зөөлрүүлэхэд тусладаг сүүлийн үеийн дулаан хадгалах технологийн хамт ажилладаг.

Туршилт: Цахилгаанаар халаадаг уурны крекерийн туршилтын загвар

Уг ахлах инженерчлэлийн компани болон дэд алсын химийн нэгэн хамтын ажиллагаа нь цахилгаанаар халаадаг уурны крекерийн систем нь ойролцоогоор 85% дулааны үр дүнтэй байж чаддаг тухай харуулсан бөгөөд энэ нь стандарт шаталттай системүүдтэй харьцуулахад ойролцоогоор 25 хувийн илүү үр дүнтэй юм. Энэ технологи нь ийм их хэмжээний дулаан шаарддаг үйлдвэрлэлийн салбарт цахилгаажилтыг саатуулж байсан 400-500 градус Целсийн хоорондох температурын зөрүүг даван туулж байна. Энэ нь этилен, аммиак зэрэг чухал химийн бодисуудыг хэт их хэмжээний дотор үйлдвэрлэх замыг нээж, цаашлаад хуримтлагдсан шатахууны энергийг хамаагүй бага хэмжээтэй ашиглах боломжийг бүрдүүлсэнд л түүний ач холбогдол оршдог.

Процессын интеграцчилсан загварчлал болон ачааллын уян хатан байдлаар энерги ашиглалтыг сайжруулах

Одоо ухаалаг хяналтын системүүд нь цахилгаан шүхэлтийн үеийн дагуу химийн реакторын ажиллагааг зохицуулж, үнийн тасралт үед энергийн зардлыг ойролцоогоор 18-22 хувь хүртэл бууруулж чаддаг. Олон үйлдвэрүүд хуучин нөөцийн шатамхай түлшний генераторуудыг илүү бага ашиглах боломжийг олгохын тулд хувьсах хурдны шахуургатай зэрэгцэн дулаан хадгалах төхөөрөмжүүдийг нэмж байна. Ийм тогтолцоо нь үйлдвэрийн менежерүүдэд ирээдүйд бодит давуу талыг олгоно. Саяхан Олон Улсын Энергийн Агентлаг энэ байдлын талаар гайхалтай мэдээлэл гаргасан. Тэд 2040 онд глобал цэвэр тэг нийлүүлэлтийн зорилгод хүрэхийн тулд аж үйлдвэрийн салбарууд цахилгаан хэрэглээгээ гурвалсан байх хэрэгтэй гэж тооцож байна. Ийм учраас компанийнууд одоо л илүү ухаалаг энергийн шийдлүүдэд хөрөнгө оруулж байгаа юм.

Шугаман системээс Полимерийн үйлдвэрлэлд Хаалттай Давталтат Систем рүү

Химийн салбар нь уламжлалт шугаман загвараас гарч, нөөцийг хаягдал болгохын оронд нөхөн сэргээдэг цацраг систем рүү шилжихийн тулд их ахиц гаргаж байна. Пиролиз, полимерийн задрал зэрэг технологи энд том амжилт гаргаж байна. Эдгээр процессууд хэрэглэсэн пластик материалыг дахин олон дахин үйлдвэрлэх боломжтой үндсэн бүтээгдэхүүнд задалдаг бөгөөд чанар нь алдагдахгүй. 2025 оны зах зээлийн шинжилгээний дагуу дэвшилтэт дахин боловсруулах салбар 2031 онд бараг 9.6 тэрбум доллар хүрэх боломжтой бөгөөд компанийн бүтээгдэхүүнийг анхныхаа өдрөөс эхлэн бүтээх явцад давтан ашиглах зарчмыг анхаарч дизайн хийх болно.

Бүтээгдэхүүний бүрэлдэхүүн хэсгийн удирдлагууд

Цацраг полимерийн үйлдвэрлэл нь механик болон химийн дахин боловсруулалтыг нэгтгэж, олон төрлийн материал бүхий сав баглаа боодол болон бохирдсон хаягдлыг боловсруулдаг. Оролт, гаралтын материалыг дахин боловсруулахуйц болгож тохируулах замаар эдгээр системүүд шинэ эх үүсвэрийн хэрэглээг бууруулж, хоол хүнсний хэрэглээтэй харьцах хэрэгслүүдийн хувьд эрхшээлтэй цэвэршилтийн стандартыг хангана.

Дахин боловсруулалтад зориулан загварчлах ба хэрэглэгчийн дараахь эх үүсвэрийг нэгтгэх

Хиймэл оюун ухаанаар ажилладаг ангилалтын систем нь ойролцоогоор 95% материал цэвэршилтийг олж авах боломжийг бүрдүүлэх бөгөөд ингэснээр үйлдвэрлэгчид баглаа боодолд дахин боловсруулсан материалын хувьд FDA-ийн хатуу шаардлагыг хангахад тусалдаг. Дахин боловсруулах процессын хувьд полимерийн задралыг бодит цагт хянах боломжтой байх нь ажиллуулагчдад шаардлагатай тохируулга хийх боломжийг олгодог. Энэ нь бүтээгдэхүүн 30%-50% хэрэглэгчийн дараахь смолтой байх үед ч механик хүчийг хадгалж байдаг. Одоо үйлдвэрт явагдаж буй үйл явцыг харвал, судалгаанууд эдгээр оюунлаг технологи нь харьцуулахад гараар хийх арга замаас ойролцоогоор 30% нэмэгдүүлдэгийг харуулж байна. Түүнчлэн боловсруулсан материал тонн тутамд энерги хэрэглээг 15-20% хүртэл бууруулдаг. Эдгээр сайжруулалт нь цаасан дээрх тоо мэдээлэл биш бөгөөд ерөнхийдөө жинхэнэ зардал хэмнэлт ба илүү сайн орчин үеийн үр дүнд шууд нөлөөлдөг.

Дижитал хувьсгал: Химийн үйлдвэрлэлд хиймэл оюун, автоматжуулалт болон дижитал хосууд

Орчин үеийн химийн үйлдвэрлэл нь катализаторын сонголт, урвалын хяналт болон энерги хуваарилалтыг оновчтой болгохын тулд бүх л ачааллын өгөгдлийг хэрэглэж, этилен үйлдвэрлэлд харгалзах хандлагатай харьцуулахад хаягдал боловсруулалтыг 12–18%-иар бууруулдаг.

Бодит цагт процессийг оновчтой болгохын тулд хиймэл оюун болон машин сургалтыг ашиглах

Үйл ажиллагааны аравтын тооны мэдээлэл дээр сургасан хиймэл оюуны загвар нь эхний материал болон хольцооны харьцааг 94% нарийвчлалтайгаар таамаглаж, стандартын шаардлага хангахгүй бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийг хамгийн бага болгодог. Эдгээр систем нь давхардсан нийлэгшүүлэлтийн үйл явцад хаалттай хяналтыг хангаж, аммиак үйлдвэрлэлд гар ажиллагааг 40%-иар бууруулдаг.

Тохиолдол судалгаа: Их хэмжээний химийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэгчид урьдчилан таамаглах аналитик системийг нэвтрүүлсэн жишээ

Нэгэн хоёрдмол цацрагийн босгоны өмнөх доголдолыг илрүүлсэн мэдээллийн платформ нь олон улсын химийн үйлдвэрт цацрагийн босгоны үед тохиолдох тулгарлыг 30%-иар бууруулсан. Систем нь 12,000 сенсорын өгөгдлийг түүхэн доголдлын загваруудтай харьцуулан шалгаж, урьдчилан сэргийлэх засвар үйлчилгээний арга хэмжээг авах боломжийг олгосон.

Этилен боловсруулалт дахь Дижитал Хувилбар ба Урьдчилан Сэргийлэх Засвар Үйлчилгээ

Дижитал хоёрдогч технологи нь бодит реакторуудын виртуаль хуулбар үүсгэж, инженерүүдийг бодит үйл ажиллагааг алдагдуулахгүйгээр янз бүрийн эхний материал болон энергиин нөхцлийг турших боломжтой болгодог. Зарим судалгаанууд сонирхолтой үр дүнг мөн харуулсан. Этилен үйлдвэрлэдэг үйлдвэруүд дижитал хоёрдогч ашигласнаар катализаторын амьдрал 22 хувийн орчимоор уртассан, мөн уурны хэрэглээ 17 хувиар буурсан гэж тайлагнажээ. Их инженерийн компаниуд эдгээр виртуаль загваруудыг интернеттэй холбогдсон ухаалаг хялтас, насоснуудтай холбох болсон. Энэ тохижилт нь шахуургатай холбоотой асуудлыг үр ашгийн бууралт эхлэхээс 48-72 цагийн өмнө шийдвэрлэх боломжийг олгоно. Хэн ч хүлээгдээгүй зогсолт эсвэл хаягдал ресурсыг хүсдэггүй тул энэ нь бодитой санагддаг.

Түгээмэл асуулт

Химийн үйлдвэрлэлийн технологийн сүүлийн үеийн шинэчлэлүүд юу вэ?

Сүүлийн үеийн шинэчлэлүүдэд модуль хэлбэрийн реакторын тохижилт, атомын түвшний материал дизайн, энергийг хэмнэх салгах арга зам, катализаторын процессын дэвшилтэт технологиуд ордог бөгөөд үйл ажиллагааны үр ашгийг сайжруулах, орчин үеийн орчинд үзүүлэх нөлөөг багасгадаг.

Химийн үйлдвэрлэлд хиймэл оюун ухааныг яаж ашиглаж байна вэ?

Хиймэл оюун ухаан болон машин сургах нь катализаторын сонголт, урвалын хяналт, энерги хуваарилалтыг сайжруулж байна. Эдгээр технологиуд нь эхний материал буюртлыг урьдчилан таамаглах, боловсролтын процессыг бодит цагт сайжруулахад тусалдаг бөгөөд хаягдал багасгаж, үр ашгийг дээшлүүлдэг.

Орчин үеийн химийн үйлдвэрлэлд сэргээгдэх эрчим хүчний үүрэг юу вэ?

Салхи, нарны шиг сэргээгдэх эрчим хүчийг цахилгаанжуулсан реакторуудыг асаах зориулалтаар илүү их ашиглаж байгаа бөгөөд энэ нь дархлаас хамаарлыг бууруулдаг. Энэ шилжилт нь үйл ажиллагааны нөхцөлд гарах нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулах, энерги ашиглалтын үр ашгийг сайжруулахад тусалдаг.