張羅庚，簡建超

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東青島 266500）

碳足跡是指產(chǎn)品在生命周期各階段累積的二氧化碳排放總量，包括原料獲取、生產(chǎn)加工、儲存運輸、廢棄物處理、產(chǎn)品使用、回收等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化碳排放量[1]。開展產(chǎn)品碳足跡評價是企業(yè)掌握所生產(chǎn)產(chǎn)品對環(huán)境產(chǎn)生影響的重要手段，并由此采取可行的措施減少溫室氣體排放。同時，碳足跡標識也是引導消費者實施綠色消費行為的有效手段，使消費者對產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境影響具有清晰的量化認識，進而引導消費決策。

石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中碳排放量大，且各企業(yè)由于裝置結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝以及操作條件等因素的不同，生產(chǎn)同一種產(chǎn)品的碳排放量也有較大差別，因此有必要對石化產(chǎn)品的碳足跡進行分析研究。目前部分學者開展了石化產(chǎn)品的碳足跡評價研究，孫瀟磊[2]等研究了瀝青產(chǎn)品的碳足跡，田濤[3]等研究了己內(nèi)酰胺產(chǎn)品碳足跡，馬玉蓮[4]等研究了PVC產(chǎn)品的碳足跡。航煤是一種國際化的大宗石化產(chǎn)品，國內(nèi)煉化企業(yè)生產(chǎn)的航煤產(chǎn)品除在國內(nèi)銷售，也出口到國外市場，國際航運已被證實會顯著和持續(xù)地加劇氣候變化[5]，目前部分國家已經(jīng)開始實行碳標簽制度，對未進行碳標簽的產(chǎn)品可能征收碳稅，這將阻礙航煤產(chǎn)品的出口。對航煤產(chǎn)品進行碳足跡研究并制定措施降低碳足跡，有助于企業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型升級以及產(chǎn)品的出口[6]，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和知名度，因此開展航煤產(chǎn)品的碳足跡分析研究及應(yīng)用具有較重要意義。

1 航煤產(chǎn)品全生命周期碳足跡核算

以某煉化公司航空煤油產(chǎn)品為評價對象，系統(tǒng)邊界設(shè)定為產(chǎn)品整個生命周期，包括原料獲取、運輸、生產(chǎn)、銷售和使用5個階段，核算全生命周期的二氧化碳排放。航煤生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，原油在常減壓裝置分餾出直餾航煤原料和蠟油原料，分別進航煤加氫和加氫裂化裝置生產(chǎn)航煤組分，經(jīng)調(diào)和后成為航煤產(chǎn)品。

1.1 原料獲取及運輸階段

圖1 航煤生產(chǎn)工藝流程

作為生產(chǎn)企業(yè)，在航煤產(chǎn)品的全生命周期中，原料獲取和運輸階段的碳足跡不受企業(yè)控制，同時較難獲得詳細數(shù)據(jù)，也不是企業(yè)改進的重點，因此僅進行簡單估算，做到航煤產(chǎn)品全生命周期碳足跡的完整性。

對于原油獲取階段，各品種原油開采的溫室氣體排放數(shù)據(jù)參考SABIC公司的世界原油生產(chǎn)過程的溫室氣體排放報告，根據(jù)各種原油加工比例，采用不同國家地理特點的加權(quán)平均值，計算出混合原油在開采過程的碳足跡排放量為160.29 kgCO2/t原油。

原油運輸過程需要經(jīng)過兩個階段：一是原油從產(chǎn)地到港口之間的運輸，二是原油從港口到煉廠的運輸。此公司所加工原油以中東原油為主，運輸路線一般為“波斯灣－霍爾木茲海峽－阿拉伯海－印度洋－馬六甲海峽－南海－中國”。由于沒有獲得油輪的碳排放系數(shù)以及具體路線的距離，該次碳足跡核算暫不考慮原油產(chǎn)地到港口之間的溫室氣體排放。原油到達港口后，通過黃島油庫接卸并輸送進廠，直線距離約5公里左右，碳排放主要由原油罐區(qū)儲存和泵送產(chǎn)生，核算原料運輸階段的碳排放系數(shù)為0.217 kgCO2/t原油。

1.2 航煤產(chǎn)品生產(chǎn)階段

1.2.1 排放因子

裝置生產(chǎn)過程中，化石能源消耗是碳排放的主要原因[7]，各種能耗介質(zhì)的CO2排放系數(shù)的確定原則如下：

1）燃料排放因子：由IPCC公布的熱值排放因子與燃料熱值計算，其中燃料氣、燃料油的排放因子分別為2.652 8 kgCO2/kg和3.236 6 kgCO2/kg。

2）蒸汽排放因子：采用蒸汽折標煤系數(shù)、標準煤熱值與煙煤原始排放因子計算。中壓、低壓、低低壓蒸汽的排放因子分別為349.486 kgCO2/t、301.829 kgCO2/t和262.114 kgCO2/t。

3）水的排放因子：采用水的折標煤系數(shù)、標準煤熱值與煙煤原始排放因子計算，新鮮水、循環(huán)水、除氧水、除鹽水的排放因子分別為0.596 kgCO2/t、0.397 kgCO2/t、36.537 kgCO2/t和9.134 kgCO2/t。

4）電力排放因子采用華北電網(wǎng)數(shù)據(jù)：取值為0.968 0 kgCO2/（kW·h）。

5）熱輸出按熱量折標煤后的排放因子計算，壓縮風和氮氣采用折標煤系數(shù)、標準煤熱值與煙煤原始排放因子計算。

1.2.2 常減壓裝置

常減壓裝置的排放主要包括消耗燃料氣、蒸汽、電力、水、壓縮風、氮氣等產(chǎn)生的排放，以上排放源數(shù)據(jù)由裝置統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算得到，2019年各項數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 常減壓裝置碳排量計算

由表1可知，常減壓裝置的碳排放總量為391 997.29 t，原油加工量為11 609 684 t，生產(chǎn)航煤原料1 327 505 t，生產(chǎn)蠟油原料3 723 977 t，按照質(zhì)量分配法計算得出每噸側(cè)線產(chǎn)品的CO2排放量為33.76 kgCO2。

1.2.3 制氫裝置

制氫裝置的碳排放包括使用燃料、蒸汽、電等能源排放，以及天然氣制氫反應(yīng)過程產(chǎn)生的工藝排放。計算得出制氫裝置消耗能源介質(zhì)的碳排放量為259 158.09 t。另外，制氫裝置產(chǎn)生的工藝過程排放可以由裝置碳平衡數(shù)據(jù)計算，排放量為192 190.33 t。綜合起來，制氫裝置的碳排放總量為451 348.42 t，制氫裝置的產(chǎn)氫量為44 591 t，計算每生產(chǎn)1噸氫氣的CO2排放量為10 121.96 kgCO2。

1.2.4 航煤加氫裝置

根據(jù)航煤加氫裝置消耗的各種能源介質(zhì)的量計算出碳排放總量為14 041.33 t，加工航煤原料1 323 014 t，按照質(zhì)量分配法計算得出噸航煤產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)為10.61 kgCO2/t。

航煤加氫工藝路線生產(chǎn)航煤產(chǎn)品過程的碳足跡包括原油罐區(qū)儲存和輸送、常減壓裝置生產(chǎn)航煤原料、航煤加氫裝置加工、生產(chǎn)過程所需氫氣（氫耗0.35%）等方面，合計80.02 kgCO2/t，詳見表2。

表2 航煤加氫生產(chǎn)航煤產(chǎn)品過程的碳足跡計算

1.2.5 加氫裂化裝置

根據(jù)加氫裂化裝置消耗的各種能源介質(zhì)的量計算出碳排放總量為123 032.61 t，加工蠟油原料1 120 813 t，按照質(zhì)量分配法計算得出航煤產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)為109.77 kgCO2/t。

加氫裂化工藝路線生產(chǎn)航煤產(chǎn)品過程的碳足跡包括原油罐區(qū)儲存和輸送、常減壓裝置生產(chǎn)蠟油原料、加氫裂化裝置加工、生產(chǎn)過程所需氫氣（氫耗2.51%）等方面，合計為397.81 kgCO2/t，詳見表3。

1.2.6 航煤產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳足跡計算

由航煤產(chǎn)品的來源比例及中間物流碳足跡，可以計算航煤產(chǎn)品生產(chǎn)過程的碳排放量為177.02 kgCO2/t，詳見表4。

表3 加氫裂化生產(chǎn)航煤產(chǎn)品過程的碳足跡計算

表4 產(chǎn)品航煤碳足跡計算

1.3 產(chǎn)品配送階段

公司的航煤產(chǎn)品通過船運和鐵路運輸出廠，由于沒有獲得油輪的碳排放系數(shù)以及具體路線的距離，無法具體計算船運的溫室氣體排放，因此均按鐵路運輸碳排放系數(shù)2.961 kgCO2/t考慮。

1.4 產(chǎn)品使用階段

航煤使用過程排放包括CO2、CH4、N2O，由《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計算方法》（SH/T 5000－2011），航煤的CO2排放因子為0.069 4 kg/MJ，低位熱值為43.070 MJ/kg，由此可計算航煤的CO2排放量為2 989.06 kgCO2/t。

1.5 航煤全生命周期碳足跡匯總

由以上計算結(jié)果可以匯總得到航煤全生命周期內(nèi)的碳排放量為3 329.55 kgCO2/t，如表5所示。

1.6 碳足跡評價結(jié)果分析

1）在航煤全生命周期各階段中，航煤使用過程的溫室氣體排放量最大，占全生命周期排放的89.77%，為高碳排放單元[8]。降低航煤環(huán)境影響最有效的措施是開發(fā)清潔、低碳化航煤產(chǎn)品，減少使用過程的溫室氣體排放，此階段由企業(yè)生產(chǎn)過程控制。

表5 航煤全生命周期碳排放匯總

2）航煤生產(chǎn)過程溫室氣體排放占航煤產(chǎn)品全生命周期排放的5.32%。產(chǎn)品航煤的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)路線對生產(chǎn)過程的碳足跡排放影響較大，加氫裂化航煤碳排放較高，達到 397.81 kgCO2/t，直餾航煤經(jīng)加氫精制過程的碳排放僅80.02 kgCO2/t，因此煉廠通過提高航煤產(chǎn)品中直餾航煤的比例可以降低航煤生產(chǎn)過程碳排放。

3）在航煤生命周期各階段中，航煤的生產(chǎn)是公司可以控制的過程，因此公司若要進一步降低航煤產(chǎn)品的碳足跡，可以通過降低生產(chǎn)裝置的能源消耗以及提高航煤產(chǎn)品中直餾航煤的比例來實現(xiàn)。

2 優(yōu)化生產(chǎn)減少航煤碳足跡的方案分析

目前公司航煤產(chǎn)品中直餾航煤的比例約占70%，根據(jù)航煤產(chǎn)品全生命周期碳足跡分析結(jié)果計算，當該比例每提高1百分點，航煤產(chǎn)品的碳足跡將減少3.18 kgCO2/t，公司每年生產(chǎn)航煤產(chǎn)品約190萬t，可合計減少碳足跡6 042 t CO2。因此應(yīng)用流程模擬軟件對裝置的生產(chǎn)工況進行模擬測算，分析進一步提高直餾航煤收率的可行方案。

2.1 裝置模型的建立及分析

利用Petro-SIM流程模擬軟件建立常減壓裝置機理模型[9]。模擬結(jié)果表明，在原油加工量1 333 t/h的情況下，常一線航煤拔出量在140~145 t/h時，其終餾點在255~260℃，與生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)基本一致。

下游航煤加氫裝置的最大加工能力可以達到155 t/h，當前加工能力還有一定富余。但進一步提高常一線拔出量時會造成冰點不合格，考慮到目前常一線與常二線之間的重疊度約有16℃，因此可以結(jié)合流程模型的測算分析，從常減壓裝置初餾塔側(cè)線抽出、常壓塔操作、流程改造等幾個方面進行優(yōu)化，提高塔的分餾精度，以進一步提高常一線航煤原料的拔出率。

2.2 優(yōu)化常壓塔中斷回流取熱

一般情況下，為提高原油換熱終溫，常壓塔3個中段回流中應(yīng)盡量提高下部高溫位回流的取熱比例，但下部中段回流取熱較多時，會對塔的分餾精度產(chǎn)生一定影響。根據(jù)模型測算，當將二中回流返回溫度由205℃提高到215℃時，同時增加頂循回流量50 t/h來維持全塔熱量平衡，可以提高常一線與常二線之間的分餾精度，常一線與常二線之間的重疊度由16.2℃減少至13.0℃，多產(chǎn)航煤3.22 t/h。

2.3 適當調(diào)整常二線與常三線的抽出比例

提高常一線與常二線之間分餾精度的另一個措施是適當降低常二線抽出塔盤位置，相當于增加常一線與常二線之間的塔板數(shù)。但由于目前無法實施，可考慮適當減少常二線抽出量，提高常三線抽出量，在保持混合柴油抽出總量不變的情況下，提高常二線抽出位置上下幾塊塔盤的內(nèi)回流量，以提高分餾精度。根據(jù)模型測算，在優(yōu)化常壓塔中斷回流的基礎(chǔ)上，再減少常二線抽出20 t/h，相應(yīng)增加常三線抽出，可繼續(xù)提高航煤原料量3.6 t/h。

2.4 增加常二中至常二線汽提塔的跨線

在上述優(yōu)化方案基礎(chǔ)上，若繼續(xù)減少常二線抽出、增加常三線抽出，受常三線泵最大能力的限制，同時受到塔盤汽液相負荷限制，因此可考慮增加一條常二中至常二線汽提塔的跨線流程（或者增加一條常四線抽出流程），利用常二中來代替部分常二線，相當于降低了常二線的抽出位置。根據(jù)模型測算，當將常二線抽出量降低至20 t/h，剩余用常二中來補充，常一線與常二線之間的重疊度將降低至10.2℃，可繼續(xù)提高航煤原料量至155.7 t/h，如表6所示。

3 減少航煤碳足跡方案的應(yīng)用效果

根據(jù)航煤產(chǎn)品全生命周期碳足跡核算結(jié)果，通過優(yōu)化模型對增產(chǎn)直餾航煤的操作調(diào)整方案進行測算并組織實施，取得了較好效果。公司航煤產(chǎn)品中直餾航煤占比由69.56%提高至79.50%，增加了8.07百分點，航煤產(chǎn)品碳足跡減少25.66 kgCO2/t。

公司全年生產(chǎn)航煤產(chǎn)品約190萬t，總體碳排放量將減少4.9萬t左右，按目前國內(nèi)碳交易市場價格30~50元/噸計算，相當于減少碳排放成本150~245萬元。生產(chǎn)綠色低碳航煤產(chǎn)品的同時，推動公司綠色企業(yè)創(chuàng)建，履行企業(yè)社會責任，提升企業(yè)形象和聲譽，提高了公司航煤產(chǎn)品的國際競爭力。

4 結(jié)論

1）從原料獲取、運輸、生產(chǎn)、銷售和使用等5個階段對航煤產(chǎn)品的全生命周期碳足跡進行核算，得到其碳足跡為3 329.55 kgCO2/t。

表6 生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整對常一線航煤的影響

2）根據(jù)航煤產(chǎn)品全生命周期碳足跡分析結(jié)果，直餾航煤的比例每提高1百分點，航煤產(chǎn)品的碳足跡減少3.18 kgCO2/t。

3）結(jié)合流程模擬軟件對裝置的生產(chǎn)工況進行模擬測算，通過優(yōu)化常壓塔中斷回流取熱、調(diào)整常二線與常三線的抽出比例、增加常二中至常二線汽提塔的跨線，航煤產(chǎn)品中直餾航煤占比提高了8.07百分點，航煤產(chǎn)品的碳足跡減少了25.66 kgCO2/t，每年減少碳排放量4.9萬t。