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气凝胶材料在能化领域主要应用在能源基础设施的外保温材料,包含蒸馏塔、反应 管道、储罐、泵、阀门的保温材料,天然气和 LNG 液化气管道的保温材料,深海 管道保温材料,发电厂设备保温材料等。
气凝胶的疏水性可以使管道的保温层防水,并防止温差引起的凝结反应,当气凝胶 具有相同的保温效果时,气凝胶保温层所需的厚度或间距较小,综合成本显著降低。管道保温应用环境复杂,既有室内保温,也有室外保温,还有直埋管道保温。与室内外管道保温相比,气凝胶毡作为保温材料在直埋管道保温中的应用凸显了气凝胶 的突出特点,既可以减少保温层的厚度,又减少土方工程量和工期。这两项的成本 下降可以完全抵消选择气凝胶作为保温材料的成本。
与传统保温材料复合,有望达到最佳经济性。气凝胶主要应用领域为隔热保温,而 作为尚未大规模普及的新型材料,气凝胶保温材料的劣势在于价格较高,初始投资 较大。但由于其优异的耐老化性、尺寸稳定性、疏水性、隔热性能及易于施工的优 势,其在投入使用一定的时间后,就会体现出综合优势。根据中国石油管道科技研 究中心研究,将三种保温方案对蒸汽管道以及地上管道上气凝胶材料与传统保温材 料的保温性能、初始投资费用、以及运行维护成本进行了对比,发现在管道上使用 气凝胶材料较传统保温材料具有较大综合优势。使用气凝胶材料所节约的能源和运 行维护费用(主要指更换传统保温层的材料和人工费用),可在 2~4 年内超过初期 多花费的投资。在随后的利用过程中,可持续因能源节约和减少保温层更换次数为 管道运营商节省开支。此外,当管道内外温差较大、年加热时长较长、加热燃料或 电能涨价时,复合使用气凝胶材料和传统保温材料的效果更好。
气凝胶材料方便施工,提高施工效率 30%以上。将气凝胶毡切割成一定尺寸后,会 产生一定程度的弧度,可直接放臵在管道上安装固定。气凝胶毡轻巧、硬度一定、 柔韧性强、不易破碎、切割非常方便。与传统保温材料相比,施工效率提高 30%以 上,也避免了传统保温材料后期使用不便维护的担忧。
虽然气凝胶保温的初期投资较传统材料偏高,但其诸多的优良性能、持久的节能收 益、显著的绿色环保优势,使之成为一种综合性价比较高的节能产品。高温蒸汽、 导热油以及工艺流体介质管线是热电、炼油、化工等领域至关重要的设备,管道常 年暴露于空气中,其热损失占整个厂区自然热损失的绝大部分,且所输送介质能量 保持率直接关系到产品的保质保量水平,所以选用优良的保温材料至关重要。目前 全球大型石化企业如埃克森美孚、壳牌、雪佛龙、中石油、华昌化工等公司炼厂均 大量采用气凝胶材料作为保温材料。
国内大炼化产业快速崛起,气凝胶应用场景放大。据资料显示,2019 年我国炼油能 力已超过 8.5 亿吨,2020-2023 年,我国将新增炼油能力 1.65 亿吨,增长 19.4%,全 球 2020-2025 年将会新增炼能约 2.67 亿吨,中国以及全球炼能的扩张将为气凝胶复 材带来一定的增长空间。
能化领域是目前气凝胶材料主要的应用市场,根据 Aspen Aerogel 19 年年报预测, 能化领域的全球市场空间约 31 亿美元。