郭忠森,趙業(yè)卓,龔 珣,王園園,周仕鑫
(1.盤(pán)錦浩業(yè)化工有限公司,遼寧 盤(pán)錦 124124;2.諾和諾德(上海)制藥有限公司,上海 200040;3.中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司,山東 濟(jì)南 250101)
近年來(lái),因溫室效應(yīng)導(dǎo)致的海平面上升、荒漠化加劇、極端氣候事件頻發(fā)、生物多樣性喪失等問(wèn)題給人類(lèi)生存和發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1~3]。為解決氣候問(wèn)題,世界各國(guó)相繼提出凈零碳排放目標(biāo)。據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì),截至2021年4月23日,共有包括中國(guó)在內(nèi)的44 個(gè)國(guó)家和歐盟在官方文件中做出“碳中和”政策宣示。在此背景下,石油煉制企業(yè)面臨嚴(yán)峻的碳減排壓力[4]。另一方面,國(guó)內(nèi)成品油市場(chǎng)逐漸飽和,傳統(tǒng)石油煉制企業(yè)向“煉化一體化”轉(zhuǎn)型成為關(guān)鍵發(fā)展方向。千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠僅占國(guó)內(nèi)煉油廠總數(shù)的12%(截至2019 年底,中國(guó)煉油廠總數(shù)225家,其中千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠27家[5]),中小型煉油廠因生產(chǎn)體量、經(jīng)濟(jì)、政策等因素面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展難題。生產(chǎn)高端潤(rùn)滑油產(chǎn)品成為中小型煉油廠提高利潤(rùn)空間的重要方向,科研工作者在潤(rùn)滑油配方研制[6,7]、催化劑開(kāi)發(fā)[8]、工藝改進(jìn)[9]提高等方面做了大量工作,然而,針對(duì)潤(rùn)滑油生產(chǎn)工藝進(jìn)行碳排放分析卻鮮有報(bào)道。
鑒于此,文中以某煉油廠20×104t/a潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油全加氫生產(chǎn)裝置為研究對(duì)象,以實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),采用SH/T 5000-2011 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳排放核算。并結(jié)合其它煉油廠潤(rùn)滑油裝置改造實(shí)際案例,探討不同節(jié)能技術(shù)對(duì)裝置碳減排的影響,以期為潤(rùn)滑油生產(chǎn)裝置碳減排提供有益參考。
某煉油廠依托上游160×104t/a 加氫裂化裝置所產(chǎn)加裂尾油為原料,通過(guò)20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置生產(chǎn) 4 mm2/s、6 mm2/s 和 8 mm2/s(100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度)的3種潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。該潤(rùn)滑油加氫裝置原則流程見(jiàn)圖1。
圖1 潤(rùn)滑油加氫裝置原則流程
由圖1 可知,該裝置主要由加熱爐、加裂反應(yīng)器、精制反應(yīng)器、氣—液“高低分”系統(tǒng)、循環(huán)氫系統(tǒng)、分餾塔和減壓塔等組成。潤(rùn)滑油加氫裝置采用連續(xù)操作,操作時(shí)間為8 000 h/a。
根據(jù)SH/T 5000-2011《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計(jì)算方法》,潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放源可分為3 種:直接碳排放、工藝碳排放和能源間接碳排放。其中工藝碳排放為燃料燃燒所產(chǎn)生CO2;工藝碳排放為催化劑燒焦、制氫或乙二醇生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的CO2;能源間接碳排放指外購(gòu)蒸汽、電力對(duì)應(yīng)排放的CO2。
某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置消耗公用工程情況見(jiàn)表1,不同公用工程所對(duì)應(yīng)碳排放折算系數(shù)見(jiàn)表2。
表1 某煉油廠20×104 t/a潤(rùn)滑油加氫裝置單位能耗表
表2 不同公用工程碳排放折算系數(shù)
采用SH/T 5000-2011《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計(jì)算方法》進(jìn)行潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放核算。
(1)直接單位碳排放核算。
根據(jù)燃料氣用量及對(duì)應(yīng)CO2排放因子進(jìn)行直接碳排放核算:
式中 M1—燃料氣CO2排放量,kg/t原料;Q燃料氣—燃料氣熱量,MJ/t原料;q燃料氣—燃料氣能量折算系數(shù);m燃料氣—燃料氣用量,t。
(2)工藝單位碳排放核算。
某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置催化劑每3 a換劑1次,廢催化劑由專(zhuān)業(yè)公司回收處理,故催化劑再生碳排放為零;潤(rùn)滑油全加氫裝置生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)其它工藝CO2排放;即M2= 0 kg/t原料(M2為工藝CO2排放量)。
(3)間接能源單位碳排放核算。
根據(jù)外購(gòu)電力和蒸汽用量及對(duì)應(yīng)CO2排放因子進(jìn)行間接碳排放核算:
式中M3—外購(gòu)電力CO2排放量;n電—外購(gòu)電力用量;M4—外購(gòu)蒸汽 CO2排放量;Q蒸汽—蒸汽熱量;q蒸汽—蒸汽能量折算系數(shù);m蒸汽—蒸汽用量。
(4)裝置總碳排放量。
M=M1+M2+M3+M4=57.47 kg/t原料
裝置總碳排放量=M×200 kt/a=57.47×200=11 494 t/a。
根據(jù)結(jié)果可知單位碳排放量為57.47 kg/t原料;滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)情況下,裝置碳排放量達(dá)11 494 t/a。其中:直接碳排放占比達(dá)32.7%;工藝碳排放占比為0%;間接碳排放占比達(dá)67.3%。
根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果,外購(gòu)國(guó)網(wǎng)電能折算碳排放量高達(dá)2 036 t/a。因此,采用機(jī)泵變頻技術(shù)和壓縮機(jī)無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。
部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見(jiàn)表3,采用SH/T 5000-2011 計(jì)算碳減排情況,操作時(shí)間按照8 000 h/a 計(jì)算。由表3 可知,各煉油廠通過(guò)變頻節(jié)電技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)降低碳排放量65~2 480 t/a。
表3 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)電案例及碳減排分析
根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果,消耗燃料氣所產(chǎn)生的直接碳排放量高達(dá)3 758 t/a。通過(guò)上下游物料熱直供、基于夾點(diǎn)技術(shù)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、對(duì)加熱爐進(jìn)行改造能夠有效降低燃料氣用量。部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見(jiàn)表4,采用SH/T 5000-2011 計(jì)算相應(yīng)碳減排情況。
根據(jù)表4 可知,各煉油廠通過(guò)改造加熱爐、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)年碳減排772.9~1 561.5 t;以荊門(mén)石化相同規(guī)模20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置為參考,通過(guò)上述技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)碳減排約27.7%。
表4 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)約燃料氣案例及碳減排分析
根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果,消耗蒸汽所產(chǎn)生的直接碳排放量高達(dá)5 700 t/a。裝置蒸汽主要消耗在減壓塔塔頂抽真空系統(tǒng),通過(guò)液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空不僅能夠有效節(jié)約蒸汽用量,更能使減壓塔真空度保持平穩(wěn),因而得到廣泛采用。對(duì)比不同公用工程碳排放因子,電力碳排放系數(shù)為72.5 kg/GJ,蒸汽碳排放系數(shù)為150 kg/GJ,故通過(guò)電力取代蒸汽具有碳減排效果。部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見(jiàn)表5,采用SH/T 5000-2011 計(jì)算相應(yīng)碳減排情況。根據(jù)表5可知,各煉油廠主要通過(guò)液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空,通過(guò)節(jié)約蒸汽等手段降低碳排放量3 818~6 080 t/a不等。
表5 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)約蒸汽案例及碳減排分析
基于某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置實(shí)際生產(chǎn)能耗,采用SH/T 5000-2011 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳排放分析。結(jié)果表明:該裝置單位碳排放量為57.47 kg/t原料,碳排放量為11 494 t/a。其中直接碳排放占比達(dá)32.7%;工藝碳排放占比為0%;間接碳排放占比達(dá)67.3%。
進(jìn)一步結(jié)合其它煉油廠潤(rùn)滑油生產(chǎn)裝置節(jié)能改造實(shí)際案例,針對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行碳排放折算分析。結(jié)果表明:機(jī)泵變頻技術(shù)、加熱爐改造、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空等手段具有較佳的碳減排效果,值得推廣。