接下來(lái)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，該行業(yè)不得不向可持續發(fā)展轉型。面對雙重挑戰，企業(yè)有必要采用創(chuàng )造性解決方案，回收或重復使用材料，創(chuàng )造循環(huán)經(jīng)濟，以替代線(xiàn)性經(jīng)濟。聯(lián)合國可持續發(fā)展目標12強調了“負責任的消費和生產(chǎn)”理念，許多化工企業(yè)已經(jīng)采納并將其作為指導方針。

化工企業(yè)正在采取各種方法來(lái)提高資源效率，追求能源效率是一個(gè)相對容易實(shí)現的目標，可能不需要大量的資本投資。當前，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(guò)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(zhuān)注于消除廢物和產(chǎn)品的循環(huán)性。無(wú)論化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠(chǎng)的規模、性質(zhì)和優(yōu)先級如何，數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，從整體上提高運營(yíng)效率、盈利能力和可持續性。

有效的計劃和調度

疫情期間，全球供應鏈承受了前所未有的壓力，能源和化工行業(yè)的供應鏈頻繁中斷。醫療保健領(lǐng)域對塑料的需求猛增，對能源的需求卻急劇下降。雖然疫情逐漸退去，世界開(kāi)始重新回到正軌，但歐洲的沖突加劇了市場(chǎng)波動(dòng)。面對如此風(fēng)云變幻的市場(chǎng)環(huán)境，化工企業(yè)可以通過(guò)整合上下游模式保持盈利，通過(guò)生產(chǎn)計劃和調度滿(mǎn)足產(chǎn)品需求，同時(shí)節約資源（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(kāi)展了一個(gè)供應鏈計劃優(yōu)化項目，以提高供應鏈的可見(jiàn)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)現碳中和。除了歐盟的排放交易系統（ETS），世界其他地區也在考慮以交易市場(chǎng)的形式推動(dòng)碳稅。偏離這些目標將導致高昂的運營(yíng)成本并大幅削減利潤率。排放交易免費配額預計會(huì )減少，這反過(guò)來(lái)又會(huì )推高碳排放許可證價(jià)格。企業(yè)要想長(cháng)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(zhù)提升凈利潤。

創(chuàng )建工廠(chǎng)數字孿生可以幫助識別整個(gè)工廠(chǎng)的機會(huì )，無(wú)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(wàn)噸的乙烯工廠(chǎng)使用Aspen Plus和Aspen Energy Analyzer為工廠(chǎng)創(chuàng )建了數字孿生。一次能源分析就能發(fā)現約60個(gè)節能機會(huì )。在對商業(yè)和運營(yíng)可行性進(jìn)行評估后，LG化學(xué)選擇了其中的20個(gè)機會(huì )并實(shí)施了相應的舉措，最終減少了3-4%的整體能耗，估計每年將為工廠(chǎng)帶來(lái)1000萬(wàn)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(lái)提高能源效率。通過(guò)部署先進(jìn)過(guò)程控制（APC）和數字孿生等數字解決方案，企業(yè)將能夠更好地了解和控制公用事業(yè)的運行情況、排放水平和降耗機會(huì )。幾十年來(lái)，APC一直被過(guò)程行業(yè)用以提高過(guò)程效率。除了解決非線(xiàn)性問(wèn)題，新的APC工具還能利用人工智能和機器學(xué)習（ML），從工廠(chǎng)的歷史績(jì)效中學(xué)習，用戶(hù)只需花費很少的時(shí)間，即可優(yōu)化所需的經(jīng)濟和運營(yíng)變量。同樣，數字孿生是跟蹤和管理排放的強大工具，還能就消除工藝瓶頸提供諸多洞察。數字孿生有助于在設備層面進(jìn)行監測，定位排放源，并幫助驗證和協(xié)調可用于報告和決策的全站數據。

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)境保護局（EPA）的數據顯示，僅在美國，2019年就有2.37萬(wàn)臺有源發(fā)電機產(chǎn)生了3490萬(wàn)噸危險廢物。由于化工行業(yè)消耗大量的水來(lái)冷卻過(guò)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字解決方案，首先是平衡各種預防性策略，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)方面都受益于數字解決方案的實(shí)施。例如，制造廠(chǎng)的焚燒會(huì )產(chǎn)生廢物，影響附近社區的環(huán)境。其他舉措包括減少對產(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)值鏈示意圖，在每個(gè)環(huán)節都列出了利用數字解決方案的潛在機會(huì )

結論

為了應對新的技術(shù)和環(huán)境挑戰，化工行業(yè)比以往任何時(shí)候都更需要數字技術(shù)。數字化解決方案對于提高資源效率和減少行業(yè)運營(yíng)的碳足跡至關(guān)重要。在本文的幾個(gè)案例中，我們利用數字解決方案，在沒(méi)有任何新的資本支出的情況下，幫助客戶(hù)提高了工廠(chǎng)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(hù)對負責任的生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，加上化學(xué)品市場(chǎng)的競爭日益加劇，化學(xué)品制造商正在快速改革運營(yíng)，以獲得額外的收入機會(huì )。

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