張舒

(中國石化青島石化有限責(zé)任公司,山東 青島 266043)

碳足跡是指產(chǎn)品在生命周期各階段累計的二氧化碳排放總量,包括原料獲取、生產(chǎn)加工、儲存運(yùn)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]。碳足跡的計算方法主要有生命周期法(LCA)、投入產(chǎn)出(I-O)、《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》計算方法、碳足跡計算器法等。全生命周期評價法(Life Cycle Analysis,簡稱LCA)是一種客觀評價產(chǎn)品、過程或活動的環(huán)境分析方法,通過識別和量化能源使用、資源消耗、污染物排放等方面的環(huán)境因素,分析產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、廢棄及回收再利用等整個生命周期及各階段對環(huán)境的影響。

通過碳足跡評估,可以幫助企業(yè)了解產(chǎn)品生命周期內(nèi)溫室氣體排放量,尋找在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和供應(yīng)過程中降低溫室氣體排放的機(jī)會,最終生產(chǎn)出碳足跡較小的產(chǎn)品。目前部分國家已經(jīng)開始實(shí)行碳標(biāo)簽制度,對未進(jìn)行碳標(biāo)簽的產(chǎn)品征收碳稅,對船燃產(chǎn)品的出口有一定的影響。在“雙碳”背景下,研究產(chǎn)品碳足跡,為企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供支撐,具有重要意義。

以全生命周期評價法為指導(dǎo)方法,構(gòu)建船燃生產(chǎn)的工藝流程,探討影響船燃碳足跡的主要因素,為企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排提供重要指導(dǎo)。

1 評價目標(biāo)與范圍設(shè)定

根據(jù)國際海事組織(IMO)《國際防止船舶造成污染公約規(guī)定》,2020年1月1日起,全球船舶必須使用低硫重質(zhì)船用燃料油,硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得高于0.5%。低硫船用燃料油(簡稱“船燃”)是重要的石油石化產(chǎn)品之一,英文名稱為Marine fuel oils。主要由減壓渣油、加氫柴油(加氫后的催化柴油)、外購原材料等調(diào)和組成。以青島石化船燃產(chǎn)品為評價對象,功能單位為1 t船燃產(chǎn)品,環(huán)境影響因素為船燃產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的溫室氣體排放量。

以船燃為評價對象,采用全生命評價方法,采用從企業(yè)到企業(yè)(B2B)的評價模式,即從原材料進(jìn)廠,經(jīng)過各工藝環(huán)節(jié)加工至產(chǎn)品出廠為止,不包括產(chǎn)品的分銷、零售、消費(fèi)者使用過程[4]。

1.1 數(shù)據(jù)核算

1.1.1 原料獲取

生產(chǎn)船燃的主要原材料為原油,青島石化加工原油來源主要集中在美洲、非洲和中東地區(qū)。參考原料油統(tǒng)計報表數(shù)據(jù),2020年青島石化加工原油情況如表1所示。

表1 青島石化2020年加工原油統(tǒng)計

按照加權(quán)平均法進(jìn)行計算,青島石化生產(chǎn)船燃的原油在開采過程中的碳排放量為632.566 4 kg/t原油。

1.2 原料運(yùn)輸

1.2.1 原油產(chǎn)地到港口

因為涉及到原油的產(chǎn)地,原油的運(yùn)輸路線和距離差異很大。本次碳足跡核算未考慮原油運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放。

1.2.2 港口到廠區(qū)

青島石化原油通過黃島油庫接卸并輸送進(jìn)廠,管線全廠70 km,途徑二市三區(qū)(黃島區(qū)、膠南市、膠州市、城陽區(qū)、李滄區(qū))首站設(shè)在黃島油庫內(nèi)(中石化管道輸運(yùn)公司管理),末站設(shè)在公司儲運(yùn)部。碳排放主要有原油罐區(qū)儲存和泵送產(chǎn)生。由于未獲得黃島油庫原油儲存和輸送的碳排放系數(shù),因此參考《中國石化產(chǎn)品碳足跡評價研究》中茂名石化原油罐區(qū)的碳排放系數(shù)0.217 kg/t原油。

2 產(chǎn)品生產(chǎn)

2.1 工藝流程

青島石化以加工低硫高酸原油為主,2020年采用中國石化石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的催化裂化與加氫脫硫(Marine Fuel and Propylene,MFP)技術(shù),通過調(diào)和減壓渣油、經(jīng)加氫后的催化柴油、常一線等組分,主要生產(chǎn)標(biāo)號為380#、180#的低硫船燃。

在對低硫船燃進(jìn)行碳足跡評價時,需計入各種原料投入,包括初級原料和次級原料,本報告計入1#加氫裝置的氫氣、CO2排放包括固定燃燒排放、工藝排放和能源間接排放。本報告采用重量分配的方法對裝置內(nèi)多種產(chǎn)品的碳排放量進(jìn)行分配,圖1為船燃生產(chǎn)流程圖。

圖1 船燃生產(chǎn)流程圖

2.2 排放因子

如表2各種能耗介質(zhì)的CO2排放因子數(shù)據(jù)來源于《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》《石油化工設(shè)計能耗計算標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50441—2016);電力排放因子采用華北電網(wǎng)數(shù)據(jù)。本研究中所采用的排放因子為默認(rèn)值,而不是實(shí)際值。在用全生命周期法(LCA)方法計算其碳足跡時,助劑等其他因素其排放量在整個碳足跡評估中所占比例太小而忽略不計,本研究認(rèn)為這種不確定性是可以接受的。

表2 各種原燃料的CO2排放因子及來源

原油儲存在罐區(qū)并由泵送至常減壓裝置,由于無法對原油罐區(qū)消耗的蒸汽、電、風(fēng)等進(jìn)行單獨(dú)計量,因此參考《中國石化產(chǎn)品碳足跡評價研究》中茂名石化原油罐區(qū)的碳排放系數(shù)0.217 kg/t。

2.3 生產(chǎn)過程碳足跡核算

常減壓蒸餾裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的固定燃燒排放、消耗蒸汽、電力、水、壓縮風(fēng)、氮?dú)獾犬a(chǎn)生的能源間接排放、數(shù)據(jù)取自于裝置能耗統(tǒng)計報表、物料流程表,由重量分配法計算得出噸側(cè)線產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)為67 678.193 8÷275 506.798×1 000=245.65 kg/t。

催化裂化裝置的碳排放包括使用蒸汽、電等能源排放,以及燒焦過程產(chǎn)生的工藝排放,數(shù)據(jù)取自裝置能耗統(tǒng)計報表、物料流程表,由重量分配法計算得出噸側(cè)線產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)為(123 281.03÷820 387.771)×1 000=150.27 kg/t;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,數(shù)據(jù)取自裝置能耗統(tǒng)計報表、物料流程表,由重量分配法計算得出噸側(cè)線產(chǎn)品的CO2排放系數(shù)為70 738.132÷3 720.275×1 000=19 014 kg/t。

如表3柴油加氫生產(chǎn)船燃組分過程的碳足跡包括原油罐區(qū)儲存和輸送、常減壓蒸餾裝置、催化裂化裝置、焦化裝置、制氫裝置、柴油加氫生產(chǎn)過程所需氫氣(氫耗1.57%)等方面,數(shù)據(jù)取自裝置能耗統(tǒng)計報表、物料流程表,柴油加氫工藝路線生產(chǎn)船燃組分過程的碳足跡為881.479 kg/t。

常減壓工藝路線生產(chǎn)減渣組分過程的碳足跡包括原油罐區(qū)儲存和輸送、常減壓蒸餾裝置,其碳足跡排放為245.87 kg/t。

表3 船燃生產(chǎn)碳足跡排放

綜上所述,其2020年船燃碳足跡385.481 kg/t。

3 船燃碳足跡的研究分析

(1)提高能源的利用效率可進(jìn)一步降低船燃產(chǎn)品的碳足跡。一是加強(qiáng)加熱爐的管理,通過優(yōu)化工藝調(diào)整,充分利用反應(yīng)熱、優(yōu)化焦化裝置V104甩油罐操作,提高分餾塔下部溫度等舉措降低瓦斯消耗;二是提高裝置熱供料比例,優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步減少蒸汽的消耗;三是加強(qiáng)用電設(shè)備的管理,對大功率用電設(shè)備加強(qiáng)管理,加快實(shí)施“直接交易輸配電”項目。

(2)生產(chǎn)低硫船燃主要是通過調(diào)和低硫渣油和加氫催柴/常一線,每降低1%加氫催化柴油的比例,其船燃產(chǎn)品的碳足跡將減少7.05 kg/t。應(yīng)用流程模擬軟件,調(diào)和船燃中加氫催柴比例,分析進(jìn)一步降低船燃碳足跡的方案。低硫船燃的硫含量、黏度指標(biāo)為調(diào)和船燃方案的關(guān)鍵因素。2020年低硫船燃指標(biāo)控制指標(biāo)見表4。

表4 低硫船燃指標(biāo)

2020年初期主要生產(chǎn)180#低硫船燃,在生產(chǎn)180#低硫船燃時,調(diào)和比例約為渣油、加氫催柴體積比65∶35,黏度約在120 mm2/s。為進(jìn)一步節(jié)能降碳,在綜合考慮180和380號低硫船燃結(jié)算價格一致、2號汽柴油加氫負(fù)荷變相提升等經(jīng)濟(jì)因素,考慮轉(zhuǎn)產(chǎn)380號低硫船燃,通過增加外采低硫渣油,進(jìn)一步降低船燃中加氫催化柴油的比例[5]。目前,調(diào)和用低硫渣油平均硫質(zhì)量含量約為0.45%,運(yùn)動黏度(100 ℃)620.6 mm2/s,密度(20 ℃)998.3 kg/m3。 經(jīng)與科研院所交流,此渣油每增加5%～8%,低硫船燃硫含量達(dá)標(biāo)的情況下,預(yù)計增加運(yùn)動黏度(50 ℃)100～120 mm2/s(最多不會超過150 mm2/s)。經(jīng)調(diào)整后,在生產(chǎn)380#低硫船燃時,調(diào)和比例約為渣油、加氫催柴體積比70∶30。

4 結(jié)論

(1)以生命周期評價法為指導(dǎo)方法,采用從企業(yè)到企業(yè)的評價模式,從原料獲取、運(yùn)輸、生產(chǎn)等3個階段對船燃產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行碳足跡衡算,其碳足跡為385.481 kg/t;其生命周期不同階段的溫室氣體排放影響順序為生產(chǎn)階段>原油獲取階段>原油運(yùn)輸階段。

(2)提高能源的利用效率可進(jìn)一步降低船燃產(chǎn)品的碳足跡。公司從減少燃料氣、蒸汽、電的消耗方面入手,建立攻關(guān)項目,采取多舉措,通過優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò),實(shí)施光伏發(fā)電項目,加快推進(jìn) “直接交易輸配電項目”,從而進(jìn)一步節(jié)能降碳。

(3)在滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)效益的前提下,利用軟件優(yōu)化船燃調(diào)合配方,每降低1%加氫催化柴油的比例,其船燃產(chǎn)品的碳足跡將減少7.05 kg/t。