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        對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡與減排措施

        2021-12-03 07:03:38陳廣衛(wèi)張志智
        化工環(huán)保 2021年6期

        陳廣衛(wèi),張志智

        (1. 中國石化 能源與環(huán)境部,北京 100728;2. 中國石化 大連石油化工研究院,遼寧 大連 116045)

        在我國“雙碳”目標(biāo)和國際上越來越多國家計劃征收碳關(guān)稅的雙重背景下,企業(yè)制定實施碳達峰、碳中和行動方案既是責(zé)任和義務(wù),更是生存發(fā)展的必然選擇。傳統(tǒng)煉化企業(yè)迫切需要通過能源轉(zhuǎn)型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整以實現(xiàn)低碳化發(fā)展。在眾多的化工產(chǎn)品中,以對二甲苯為原料可生產(chǎn)多種高附加值的化工產(chǎn)品[1],故探討對二甲苯的碳足跡具有重要意義。

        本文以3家企業(yè)為代表,核算并分析了對二甲苯的碳足跡,探討了其生命周期溫室氣體排放特點,以期對產(chǎn)品的低碳屬性進行量化佐證,挖掘產(chǎn)品的減排潛力,減少排放,增加產(chǎn)品競爭力。

        1 碳足跡的計算方法

        1.1 標(biāo)準(zhǔn)選擇

        目前國內(nèi)外的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)多是基于全生命周期的評價方法,常用標(biāo)準(zhǔn)包括PAS 2050[2]、TSQ 0010及ISO 14067等。PAS 2050由英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會發(fā)布,注重與國際碳足跡標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào),將生物排放和抵消的二氧化碳納入核算內(nèi)容,應(yīng)用較廣泛;TSQ 0010由日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布,基于PAS 2050補充了產(chǎn)品分類規(guī)則,只在日本國內(nèi)使用;ISO 14067由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布,考慮了生命周期評價、環(huán)境標(biāo)志和聲明等因素,注重產(chǎn)品碳足跡的量化和國際化應(yīng)用,因存在爭議,尚未推廣。

        對石化產(chǎn)品生產(chǎn)階段碳足跡的計算需要考慮到生產(chǎn)過程對環(huán)境的廣義影響。在國內(nèi)外眾多碳足跡標(biāo)準(zhǔn)中,PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)更全面地考慮了溫室氣體評價規(guī)則等因素,且該標(biāo)準(zhǔn)目前在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較廣。自2011年以來,該標(biāo)準(zhǔn)在我國非石化行業(yè)得到了大力推廣,如明基電通公司、中糧集團、金東紙業(yè)(江蘇)股份有限公司等均采用該標(biāo)準(zhǔn)完成了相關(guān)產(chǎn)品碳足跡的測算。

        對于國內(nèi)煉化企業(yè)來說,PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計算方法更貼近生產(chǎn)實際,因此,本文以PAS 2050作為碳足跡計算的基本依據(jù),結(jié)合煉化企業(yè)的原料獲取、排放源選擇等適用性情況,以煉化企業(yè)生產(chǎn)單元裝置為基礎(chǔ),對PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)進行適用性改進,提出一種更適用于國內(nèi)煉化企業(yè)生產(chǎn)情況的碳足跡計算方法。

        1.2 過程確定

        從宏觀角度而言,產(chǎn)品全生命周期過程可分為從商業(yè)到消費者(B2C)和從商業(yè)到商業(yè)(B2B)兩種。而對二甲苯作為一種重要的基礎(chǔ)化工原料,其下游延伸方向繁多,無法準(zhǔn)確界定其消費者使用過程及處置過程的碳足跡情況,因此本文對二甲苯碳足跡計算的過程確定為從商業(yè)到商業(yè),即包括原油獲取階段、原油運輸階段及對二甲苯生產(chǎn)階段。

        1.3 計算公式

        1.3.1 原油獲取階段

        不同地區(qū)的原油受其原油品質(zhì)、開采條件等影響,其開采階段溫室氣體排放情況有所差異,按地理區(qū)域?qū)υ瞳@取階段溫室氣體排放加以劃分,計算公式見式(1)。

        式中:E1為原油獲取階段噸原油的溫室氣體排放量(以噸二氧化碳當(dāng)量計,下同),t CO2e/t;Emi為不同地區(qū)原油的溫室氣體排放系數(shù),t CO2e/t;wRi為加工的不同地區(qū)原油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

        1.3.2 原油運輸階段

        原油通常通過管線、貨運等方式運輸進廠,涉及電、燃料等能源消耗,計算公式見式(2)。

        式中:E2為原油運輸階段噸原油的溫室氣體排放量,t CO2e/t;Ej為排放源的溫室氣體排放因子,t CO2e/t;Qj為能源消耗量,t;P為原油量,t。

        1.3.3 對二甲苯生產(chǎn)階段

        排放源作為最基本的溫室氣體排放單元,是產(chǎn)品碳足跡計算的基礎(chǔ),生產(chǎn)裝置統(tǒng)計期內(nèi)噸加工量的溫室氣體排放量計算公式見式(3)。

        式中:E3為生產(chǎn)裝置統(tǒng)計期內(nèi)噸加工量的溫室氣體排放量,t CO2e/t;Pj為裝置加工量,t。

        1.4 參數(shù)確定

        碳足跡計算中涉及的能源消耗量、加工量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源為企業(yè)生產(chǎn)報表;不同區(qū)域原油開采的溫室氣體排放系數(shù)以SABIC公司報告的世界原油生產(chǎn)過程的溫室氣體排放系數(shù)為基準(zhǔn),見表1。電力排放因子來源為2019年度中國區(qū)域電網(wǎng)排放因子[3],見表2;其他排放源的排放因子來源于省級溫室氣體排放清單[4],見表3。根據(jù)《綜合能耗計算通則》(GB/T 2589—2020)[5]進行計算。

        表1 不同產(chǎn)地原油生產(chǎn)過程的溫室氣體排放系數(shù)

        表2 2019年度中國區(qū)域電網(wǎng)排放因子

        表3 各種排放源的排放因子

        2 對二甲苯碳足跡的計算

        選取華東地區(qū)某家有代表性的煉化企業(yè)進行對二甲苯碳足跡計算,該企業(yè)電力溫室氣體排放因子取值0.7921 t CO2e/(MW·h)。

        2.1 對二甲苯生產(chǎn)流程

        芳烴成套技術(shù)是目前煉化企業(yè)生產(chǎn)對二甲苯的主要工藝[6]。以石腦油為原料,經(jīng)催化重整、重整油分離、抽提、歧化、二甲苯分離等步驟制備獲得對二甲苯產(chǎn)品[7],其中重整油分離裝置、抽提裝置、歧化裝置和二甲苯分離裝置統(tǒng)稱為芳烴聯(lián)合裝置。該企業(yè)的對二甲苯生產(chǎn)流程如圖1所示。

        圖1 對二甲苯生產(chǎn)流程

        2.2 原油獲取階段

        2019年該企業(yè)加工原油情況見表4。采用不同地區(qū)原油的加權(quán)平均值,計算得到該企業(yè)在原油獲取階段的溫室氣體排放量為0.2535 t CO2e/t。

        表4 2019年該企業(yè)年加工原油情況

        2.3 原油運輸階段

        該企業(yè)原油先在港口分部儲存,然后通過管線運輸進廠。原油運輸階段的溫室氣體排放包括管道運輸年用電量(29154 MW·h)以及原油運輸過程的車、船對柴油的年消耗量(100 t)所產(chǎn)生的排放。

        將數(shù)據(jù)帶入式(2)計算得原油運輸階段溫室氣體排放量為2.31×10-3t CO2e/t。

        2.4 對二甲苯生產(chǎn)階段

        因生產(chǎn)階段涉及的單元裝置較多,本文以常減壓蒸餾裝置為例進行計算說明。常減壓蒸餾裝置的年運行數(shù)據(jù)見表5。將數(shù)據(jù)帶入式(3)計算得到常減壓蒸餾裝置的溫室氣體排放量為0.03205 t CO2e/t。

        表5 常減壓蒸餾裝置年運行數(shù)據(jù)

        按同樣方法對生產(chǎn)階段涉及的所有單元裝置的溫室氣體排放量進行計算匯總,得到對二甲苯生產(chǎn)階段的溫室氣體排放量為1.0133 t CO2e/t。

        2.5 生命周期碳足跡

        對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布見表6。溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t。

        表6 對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布

        3 排放熱點分析

        為探究對二甲苯生命周期溫室氣體排放特點,對分別位于華東地區(qū)的2家煉化企業(yè)A、B和華北地區(qū)的1家煉化企業(yè)C分別開展了對二甲苯碳足跡計算,從生命周期不同階段、生產(chǎn)裝置、排放源3個維度對排放熱點進行識別,尋找以石油為原料生產(chǎn)對二甲苯的溫室氣體排放規(guī)律。

        3.1 生命周期排放熱點

        3家企業(yè)對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況見表7。由表7可見,3家企業(yè)對二甲苯生命周期內(nèi)溫室氣體排放量分別為1.2691,1.5077,1.5143 t CO2e/t,且對二甲苯生產(chǎn)階段的溫室氣體排放占比最高,均高于70%,因此需進一步識別對二甲苯生產(chǎn)階段裝置的排放熱點,找準(zhǔn)減排重點。

        表7 3家企業(yè)對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況

        3.2 單元裝置溫室氣體排放熱點

        3家企業(yè)的各單元裝置排放量貢獻率見圖2。由圖2可見,芳烴聯(lián)合裝置在對二甲苯生產(chǎn)階段排放量貢獻率最高,達到80%以上,是重點控排裝置,因此需進一步識別芳烴聯(lián)合裝置的排放源熱點。

        圖2 3家企業(yè)的裝置排放量貢獻率

        3.3 排放源排放熱點

        對3家企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置的能耗和耗能工質(zhì)等排放源進行熱點分析,結(jié)果如圖3。由圖3可見,燃料氣對芳烴聯(lián)合裝置的影響最大,3家企業(yè)均達到50%以上,可見,燃料氣是對二甲苯生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的減排點。

        圖3 3家企業(yè)的排放源熱點

        4 減排措施

        4.1 提高加熱爐效率

        采用高效煙氣余熱回收設(shè)備,降低加熱爐排煙溫度,使加熱爐排煙溫度低于100 ℃;在排煙煙氣側(cè)設(shè)置在線CO分析儀,控制加熱爐排煙氧含量低于1.5%(體積分?jǐn)?shù)),CO含量低于6×10-5(體積分?jǐn)?shù));采用新型納米爐體外壁保溫涂料,減少爐體散熱損失,外壁溫度低于50 ℃,加熱爐熱效率高于95%,有效減少燃料氣的使用量,進而減少對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡。

        4.2 優(yōu)化燃料組成

        煉化企業(yè)燃料氣組成較為復(fù)雜,在有條件的情況下,提高低碳高熱值燃料的比例,并加強燃料氣排放因子的測量和核算,在提高對二甲苯產(chǎn)品碳足跡計算準(zhǔn)確性的同時,減少排放。

        4.3 電加熱爐替代燃料加熱爐

        目前國家綠色電力交易已經(jīng)啟動,為用電加熱爐替代煉化企業(yè)化石燃料加熱爐提供了廣闊的發(fā)展空間。國內(nèi)目前電加熱元件表面溫度可達到800 ℃,物料可加熱至700 ℃,壓力可達20~30 MPa;國外電加熱器加熱物料可達1000 ℃。隨著電加熱爐溫度控制技術(shù)的進步,電加熱爐替代燃料加熱爐是減少碳足跡的有效途徑之一。

        5 結(jié)論

        a) 以國際上較為通用的碳足跡計算標(biāo)準(zhǔn)PAS 2050為基本依據(jù),結(jié)合國內(nèi)煉化企業(yè)對二甲苯生產(chǎn)實際,提出了更具適應(yīng)性的對二甲苯碳足跡計算方法。經(jīng)計算華東某企業(yè)對二甲苯生命周期溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t,其生命周期不同階段的溫室氣體排放影響順序為對二甲苯生產(chǎn)階段>>原油獲取階段>原油運輸階段。

        b) 對3家煉化企業(yè)對二甲苯碳足跡計算結(jié)果及排放熱點分析得出,生產(chǎn)階段對對二甲苯生命周期排放的影響最大,超過70%;芳烴聯(lián)合裝置對生產(chǎn)階段的影響最大,達到80%以上;燃料氣對芳烴聯(lián)合裝置的影響最大,達到50%以上,可見燃料氣是對二甲苯生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的減排點。

        c)可通過提高加熱爐效率、優(yōu)化燃料組成及電加熱爐替代燃料加熱爐等減排措施,減少對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡。

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