賈海龍，常鑫，王園園，馬杰，楊曉航，郭忠森,*

(1. 盤(pán)錦浩業(yè)化工有限公司，遼寧盤(pán)錦 124124；2. 大連理工大學(xué)盤(pán)錦產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院浩業(yè)分院，遼寧盤(pán)錦 124221；3. 盤(pán)錦浩業(yè)科技有限公司，遼寧盤(pán)錦 124124)

為有效應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)所導(dǎo)致的一系列氣候問(wèn)題，世界各國(guó)相繼提出“碳達(dá)峰、碳中和”的任務(wù)目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃[1-3]。作為負(fù)責(zé)任的世界大國(guó)，中國(guó)政府向世界做出了2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的鄭重承諾[4]，由此產(chǎn)生的碳減排壓力對(duì)以高能耗、高碳排放為行業(yè)特點(diǎn)的石油煉制行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了重大影響。此外，2020年我國(guó)原油對(duì)外依存度已高達(dá)73.5%，全年原油進(jìn)口量達(dá)5.42億t[5]，石油煉制行業(yè)同樣肩負(fù)著保障國(guó)家能源安全的重要使命。因此，如何清潔低碳地加工好每一滴原油，尤其是劣質(zhì)渣油組分的綠色深加工成為煉廠發(fā)展的重要課題[6]。

以延遲焦化技術(shù)為代表的脫碳工藝和以渣油加氫技術(shù)為代表的加氫工藝是劣質(zhì)渣油深加工的兩大路徑。其中，延遲焦化技術(shù)具有技術(shù)成熟、流程簡(jiǎn)單、投資及操作費(fèi)用低、原料適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其仍存在液相收率低、資源利用不充分等缺點(diǎn)[7]；渣油加氫技術(shù)是近年來(lái)新興的渣油加工技術(shù)，具有轉(zhuǎn)化率高、液相收率高等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在裝置投資大、技術(shù)復(fù)雜等缺點(diǎn)[8]。眾多研究者針對(duì)延遲焦化技術(shù)和渣油加氫技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作，但對(duì)兩種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用情況下的碳排放情況對(duì)比研究的報(bào)道較少。

筆者以某煉廠的渣油加工裝置為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)加工能耗和碳排放情況進(jìn)行分析，對(duì)比了延遲焦化裝置和渣油加氫裝置之間碳排放的差異，以期為渣油加工裝置碳減排提供指導(dǎo)。

1 裝置簡(jiǎn)介

某煉廠渣油加工裝置共有2套，分別為140萬(wàn)t/a延遲焦化裝置和120萬(wàn)t/a渣油加氫裝置，工藝流程見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 延遲焦化裝置工藝流程示意

圖2 渣油加氫裝置工藝流程示意

由圖1可見(jiàn)：延遲焦化裝置主要由加熱爐、焦炭塔、分餾塔和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)等組成，操作模式為切換使用焦炭塔A/B的間接模式。

由圖2可見(jiàn)：渣油加氫裝置主要有加熱爐、反應(yīng)器、氣-液“四分”系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)組成，操作模式為連續(xù)操作。

2 碳排放核算過(guò)程

2.1 碳排放核算方法

石油加工過(guò)程中CO2排放源可分為3種：工藝排放、燃料燃燒排放和外購(gòu)公用工程間接排放[9-10]。不同CO2排放源的核算方法見(jiàn)表1，相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

表1 不同碳排放源核算方法

表2 碳排放核算相關(guān)系數(shù)

2.2 碳排放核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

某煉廠140萬(wàn)t/a延遲焦化裝置和120萬(wàn)t/a渣油加氫裝置公用工程消耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 單位處理量下公用工程消耗情況對(duì)比

由表3可見(jiàn)：延遲焦化裝置在燃料氣和蒸汽上消耗較大，而渣油加氫裝置電能消耗較大。

3 碳排放核算結(jié)果

延遲焦化裝置和渣油加氫裝置的碳排放核算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 單位處理量下各公用工程碳排放核算結(jié)果單位：kg CO2/t原料料

由表4可見(jiàn)：延遲焦化裝置單位總碳排放量為170.09 kg CO2/t原料；渣油加氫裝置單位總碳排放量為78.95 kg CO2/t原料；渣油加氫裝置單位總碳排放量?jī)H為延遲焦化裝置的46.41%?？紤]到間接排放碳源不可回收，故進(jìn)一步對(duì)比燃料直接燃燒所產(chǎn)生的碳排放情況。其中，渣油加氫裝置單位直接碳排放為13.53 kg CO2/t原料，延遲焦化裝置單位直接碳排放為34.57 kg CO2/t原料，渣油加氫裝置單位直接碳排放量?jī)H為延遲焦化裝置的39.14%。

結(jié)合表2、表3和表4，進(jìn)一步探究延遲焦化裝置碳排放較高的原因，分析可見(jiàn)：延遲焦化裝置碳排放量較高的主要原因在于因裝置除焦、吹掃等工藝所需的蒸汽消耗量較大，其3.5 MPa蒸汽消耗量為渣油加氫裝置的4.02倍，1.0 MPa蒸汽消耗量為渣油加氫裝置的4.34倍；同時(shí)，蒸汽碳排放因子更高，分別是燃料氣的3.11倍和電能的2.07倍。延遲焦化碳排放量高的另一原因在于燃料氣的大量使用，其燃料氣使用量為渣油加氫裝置的2.56倍。爐出口溫度接近的情況下，燃料氣用量出現(xiàn)較大差距的原因有：①延遲焦化裝置液收較低，大量熱量殘存在焦炭中無(wú)法取出，進(jìn)而冷焦過(guò)程造成大量熱量浪費(fèi)，而渣油加氫裝置由于均為液相產(chǎn)品，可通過(guò)進(jìn)出料有效換熱方式回收熱量；②延遲焦化反應(yīng)核心為熱裂解-縮合反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程需吸收大量熱量，而渣油加氫反應(yīng)核心為加氫反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程同時(shí)伴隨大量熱量生成，這部分熱量隨反應(yīng)產(chǎn)物與進(jìn)料進(jìn)行換熱。

4 結(jié)論

以某煉廠渣油加工裝置為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比延遲焦化裝置和渣油加氫裝置的碳排放情況，得到如下結(jié)論。

1)相比于延遲焦化工藝，渣油加氫工藝是較為理想的低碳技術(shù)，其單位總碳排放量為78.95 kg CO2/t原料，單位直接碳排放量?jī)H為13.53 kg CO2/t原料，分別是延遲焦化裝置的46.41%和39.14%。

2) 3種碳排放源中，蒸汽的碳排放因子最高，分別為燃料氣的3.11倍和電能的2.07倍，延遲焦化裝置大量使用蒸汽是其總體碳排放量較高的主要原因。

3)處理同等質(zhì)量渣油，延遲焦化裝置燃料氣用量及碳排放更高的最本質(zhì)原因在于熱裂解-縮合結(jié)焦反應(yīng)。

4)延遲焦化裝置降低碳排放應(yīng)從提高液相收率和降低公用工程消耗量?jī)煞矫嫱瑫r(shí)進(jìn)行；而渣油加氫裝置應(yīng)更注重采用變頻節(jié)電技術(shù)。