瀝青產(chǎn)品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

瀝青產(chǎn)品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

選擇規(guī)范PAS2050作為石化產(chǎn)品碳足跡研究的基礎方法依據(jù)，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評價對象，對該企業(yè)的瀝青產(chǎn)品碳足跡進行研究，溫室氣體核算時間范圍為2014年1—12月。分別對原料獲取階段、運輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段的碳排放情況進行研究，得到原料獲取階段、運輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段的碳排放系數(shù)分別為0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 tt，最終得出該企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 tt。在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是將瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

瀝青產(chǎn)品 碳足跡 碳排放系數(shù)

碳足跡是目前國內(nèi)外普遍認可的用于應對氣候變化、解決定量評價碳排放強度的研究方法，是考慮了全球變暖潛能(GWP)的溫室氣體排放量的一種表征。產(chǎn)品碳足跡是單一產(chǎn)品從其制造、使用以及廢棄的整個“從搖籃到墳墓”的生命過程中，因燃料使用以及處理導致的溫室氣體排放量。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供應鏈中的溫室氣體排放。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，可以使消費者對產(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[1-2]。本研究選擇規(guī)范PAS2050作為石化產(chǎn)品碳足跡研究的基礎方法依據(jù)，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評價對象，功能單位為1 t瀝青產(chǎn)品，環(huán)境因素為瀝青生命周期內(nèi)的溫室氣體排放量，以當量二氧化碳(CO2e)排放量計量。將系統(tǒng)邊界設定為產(chǎn)品整個生命周期，包括原料獲取階段、運輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段。在此評價邊界內(nèi)的核算主體包括所有與該石化企業(yè)瀝青生產(chǎn)相關的運行設施，溫室氣體核算的時間范圍為2014年1—12月。

1 瀝青組成

瀝青是多組分產(chǎn)品，將瀝青組分進行拆分便于自下而上進行數(shù)據(jù)收集。某石化企業(yè)生產(chǎn)的瀝青組成為渣油、脫油瀝青、抽出油和油漿。渣油和脫油瀝青是瀝青的主要組分，分別占瀝青組成的75%和20%，抽出油僅占5%，催化裂化油漿用量極少，忽略不計。

2 計算方法

原油開采階段的碳排放系數(shù)采用不同國家地理特點的加權(quán)平均值表示。

計算公式如下：

E1=∑(Ei×Ri)

(1)

式中：E1為原油開采的碳排放系數(shù)，t/t；Ei為i地區(qū)原油的碳排放因子，t/t；Ri為i地區(qū)原油所占比例，%。

原油運輸階段由于吞吐運輸過程的溫室氣體排放主要與貨物的質(zhì)量有關，可按質(zhì)量分配原則計算原油運輸階段的碳排放系數(shù)。

計算公式如下：

E2=∑(Ej×TjH)

(2)

式中：E2為原油運輸階段的碳排放系數(shù)，t/t；Ej為j種排放源的排放因子；Tj為j種排放源的質(zhì)量，t；H為原油運輸過程中各種排放的總質(zhì)量，t。

瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)為瀝青各組分碳排放系數(shù)之和，計算公式如下：

E3=∑(Emk×Tk)

(3)

式中：E3為瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)，t/t；Emk為瀝青產(chǎn)品中k種組分在m單元裝置的碳排放因子；Tk為瀝青中第k種組分的質(zhì)量分數(shù)。

各個階段CO2排放系數(shù)計算過程中不同排放源的CO2排放因子見表1。

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

排放源排放因子排放源排放因子中東原油01281循環(huán)水00004非洲原油03683除鹽水00091俄羅斯原油06314035MPa蒸汽02621中國原油0385610MPa蒸汽03018世界其余原油0981639MPa蒸汽03495外購電092231)燃料油32366水煤漿1780燃料氣26528柴油3288氮氣00019新鮮水00006壓縮風000012)

3 碳排放系數(shù)計算結(jié)果

3.1 原料獲取階段

該企業(yè)生產(chǎn)的瀝青主要包括渣油、脫油瀝青和抽出油。表2對生產(chǎn)瀝青用3種組分的原油種類及數(shù)量進行統(tǒng)計。其中，用于生產(chǎn)抽出油的原油主要來源于中東、非洲、美洲、東南亞、俄羅斯、英國和中國；用于生產(chǎn)渣油的原油來源于中東(沙特、伊朗(輕))、非洲(加蓬、剛果、蘇丹、利比亞、埃及)、越南和中國；生產(chǎn)脫油瀝青的原油來源于阿曼、沙特(輕)、沙特(中)，以75 300 kt/a計算。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)和公式(1)以及相關的排放因子，計算得到原料獲取階段碳排放系數(shù)為0.207 8 t/t。

表2 2014年該企業(yè)用于生產(chǎn)瀝青的原油統(tǒng)計結(jié)果 kta

表2 2014年該企業(yè)用于生產(chǎn)瀝青的原油統(tǒng)計結(jié)果 kta

項 目數(shù) 據(jù)項 目數(shù) 據(jù)中東非洲 阿曼145100 加蓬(埃塔姆)10000 沙特(輕)417700 剛果(杰諾)25400 科威特145800 蘇丹(尼羅)145900 伊拉克71400 利比亞(薩里爾)13900 也門7000 埃及(卡倫)36600 伊朗320700 安哥拉116900 卡塔爾13000美洲俄羅斯10000 厄瓜多爾74200英國13500 巴西9000東南亞 玻利維亞18000 印尼7600 哥倫比亞100100 越南(白犀牛)33100 加拿大16300中國(潿洲)35600 墨西哥7400

3.2 原料運輸階段

原油從產(chǎn)地到煉油廠需要經(jīng)過2個階段的運輸：①港口之間的運輸；②原油從港口到煉油廠的運輸。因為沒有獲得油輪的碳排放系數(shù)以及具體路線的距離，本次碳足跡的研究沒有考慮原油從產(chǎn)地到煉油廠控制港口之間運輸?shù)臏厥覛怏w排放。該企業(yè)原油通過港口分部調(diào)配入廠，進廠路線有兩處，從港口到廠區(qū)原油運輸?shù)牧鞒淌疽庖妶D1。

圖1 從港口到廠區(qū)原油運輸?shù)牧鞒淌疽?/p>

湛茂輸油管線和北茂輸油管線2014年用電分別達到22.08 GW·h和30.08 GW·h；另外湛茂線湛江站水煤漿鍋爐耗用水煤漿13.393 kt(用于加熱原油便于輸送)。原油運輸過程的能耗見表3。根據(jù)公式(2)計算得到原油運輸階段碳排放系數(shù)為3.901×10-3t/t。

表3 原油運輸過程的能耗

3.3 產(chǎn)品生產(chǎn)階段

進入該企業(yè)生產(chǎn)區(qū)的原油保存在罐區(qū)，然后經(jīng)過常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)渣油；經(jīng)過常減壓蒸餾和糠醛精制生產(chǎn)抽出油；經(jīng)過常減壓蒸餾和催化裂化生產(chǎn)催化裂化油漿；經(jīng)過常減壓蒸餾和丙烷脫瀝青生產(chǎn)脫油瀝青，最后，4種組分調(diào)合生產(chǎn)道路瀝青。瀝青生產(chǎn)流程示意見圖2。由于催化裂化油漿用量極少，在圖2中未列出。分別對原油罐區(qū)、常減壓蒸餾裝置、丙烷脫瀝青裝置、糠醛精制裝置和瀝青調(diào)合裝置進行碳排放系數(shù)的計算。

圖2 瀝青生產(chǎn)流程示意

3.3.1原油罐區(qū)原油罐區(qū)存儲原油消耗8.329 kt的0.35 MPa蒸汽、740 MW·h的電和10 511 900 m3壓縮風。原油罐區(qū)總共排放3.917 kt CO2。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表4中數(shù)據(jù)計算得到原油罐區(qū)的碳排放系數(shù)為0.217×10-3t/t。

表4 原油罐區(qū)的能耗

3.3.2常減壓蒸餾裝置該企業(yè)共有5套常減壓蒸餾裝置，但只有1號和3號常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)瀝青。常減壓蒸餾裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，常減壓蒸餾裝置的能耗見表5。常減壓蒸餾裝置總加工量為5 166 903 t，共排放CO2152 414 t，煉油加工過程沒有廢料產(chǎn)生，加工過程的單元裝置實現(xiàn)了物料平衡。按照共生產(chǎn)品的溫室氣體質(zhì)量分配原則，單位原油加工量的溫室氣體與單位產(chǎn)品的溫室氣體排放一致。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表4中數(shù)據(jù)，得到常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)渣油的碳排放系數(shù)為0.029 t/t。

表5 常減壓蒸餾裝置的能耗

3.3.3丙烷脫瀝青裝置丙烷脫瀝青裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，丙烷脫瀝青裝置能耗見表6。丙烷脫瀝青裝置加工量為404 707 t，共排放38 118 t CO2，根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表6中數(shù)據(jù)，得到丙烷脫瀝青裝置生產(chǎn)瀝青的碳排放系數(shù)為0.094 t/t。

表6 丙烷脫瀝青裝置能耗

3.3.4糠醛精制裝置糠醛精制裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，糠醛精制裝置能耗見表7?？啡┚蒲b置總加工量為637 567 t，共排放58 338 t CO2。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表7中數(shù)據(jù)，得到糠醛精制裝置加工單位原料的碳排放系數(shù)為0.092 t/t。

表7 糠醛精制裝置能耗

3.3.5瀝青調(diào)合裝置瀝青調(diào)合裝置的排放主要包括壓縮風和氮氣，統(tǒng)計結(jié)果見表8。瀝青調(diào)合裝置總加工量為102 900 kt，共排放CO25 640 t。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表8中數(shù)據(jù)，得到瀝青調(diào)合裝置的碳排放系數(shù)為5.481×10-3t/t。

3.3.6瀝青生產(chǎn)階段總碳排放系數(shù)瀝青生產(chǎn)階段包括原油儲罐、原油加工以及瀝青組分調(diào)合。各種組分的生產(chǎn)流程中單元裝置的碳排放系數(shù)之和與需要加工的瀝青組成數(shù)量的乘積獲得瀝青單一組分的碳排放量，各個瀝青組分的碳排放量之和為瀝青生產(chǎn)階段的碳排放量。瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)根據(jù)公式(3)進行計算，為0.057 85 t/t，其中常減壓蒸餾裝置的碳排放量最大，其排放量占生產(chǎn)階段碳排放總量的50.13%；其次為丙烷脫瀝青裝置，其碳排放量占生產(chǎn)階段碳排放總量的35.50%。

3.4 產(chǎn)品配送階段

該企業(yè)的瀝青產(chǎn)品采用汽車方式銷往廣東、廣西、海南、貴州、湖南和云南等地區(qū)。采用火車方式銷往云南、貴州、四川和湖南地區(qū)，同時還出口到越南、印尼、泰國和菲律賓等國家，其中90%瀝青在國內(nèi)銷售，排除船運的方式。由于沒有具體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此按照汽車運輸瀝青至湖南長沙為基礎，假設運送距離為500 km，采用專門的40～50 t載重卡車進行瀝青運輸，卡車會空車返回，因此考慮雙程排放。根據(jù)EMEP/EEA air pollution emission inventory guidebook(EEA，2009)的統(tǒng)計，40～50 t載重卡車空載的碳排放量是滿載碳排放量的0.56倍[3]。采用《中國交通年鑒2007》公路運輸?shù)膯挝荒芎臄?shù)據(jù)計算獲得瀝青運輸碳排放因子為0.15 kg/(t·km)，瀝青運輸?shù)奶寂欧畔禂?shù)為0.117 t/t。

3.5 產(chǎn)品使用階段

煉油廠生產(chǎn)的瀝青運輸?shù)降缆饭居糜阡伮贰ｄ伮窞r青料的生產(chǎn)目前還主要采用熱拌技術(shù)。熱拌瀝青混合料碳排放系數(shù)采用文獻[4]中的數(shù)據(jù)，為0.018 t/t。

熱拌場到施工現(xiàn)場距離不會太遠，假設距離為10 km，鋪路瀝青料使用柴油卡車運輸，計算瀝青混合料運輸?shù)奶寂欧畔禂?shù)采用文獻[5]中的數(shù)據(jù)，為 0.000 8 t/t。

瀝青填埋處理造成的碳排放采用PAS2050的時間加權(quán)方法進行計算，按照瀝青含碳80%計算，假設瀝青在使用階段排放延遲10年，在此后5年內(nèi)平均釋放，加權(quán)系數(shù)應為0.87，廢舊瀝青處置碳排放系數(shù)為2.552 t/t。

將瀝青使用階段各個過程的碳排放系數(shù)相加即為瀝青使用階段的碳排放量，計算結(jié)果為2.570 8 t/t。

3.6 瀝青全生命周期的碳足跡

將上述各個階段的碳排放量進行匯總得到瀝青產(chǎn)品碳足跡，如表9所示。瀝青碳足跡為2.957 5 t/t。其中原料從港口到煉油廠的運輸和瀝青生產(chǎn)是該企業(yè)控制的階段，是碳足跡研究的主體。原油的部分階段運輸排放量占總排放量的0.13%，瀝青生產(chǎn)階段的排放量占總排放量的1.96%，兩者合計占總排放量的2.09%。如果考慮瀝青出廠以前的過程，溫室氣體排放占比為9.12%，排放量為0.27 t/t。

在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用和處置過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。目前廢舊瀝青的處理包括非法的焚燒、填埋和再生利用。目前降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是盡量降低瀝青填埋，提高瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

表9 該企業(yè)瀝青全生命周期的碳排放

4 結(jié) 論

(1)該石化企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 t/t。

(2)在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的碳排放系數(shù)最大，其排放量占全部排放的86.92%。降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是將瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

(3)該企業(yè)控制了原油的部分階段運輸和瀝青的生產(chǎn)，兩者合計占總排放量的2.09%。該階段是控制產(chǎn)品碳排放的重點。

(4)從瀝青全生命周期的過程排放來看，排放系數(shù)較高的單元過程包括原油開采和廢舊瀝青處理。廢舊瀝青處理是不受該石化企業(yè)控制的過程，從瀝青碳排放量考慮應該從原油進口方面入手降低瀝青碳排放量，調(diào)整原油進口比例。排放系數(shù)相對較低的單元過程是常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置。因此應該優(yōu)化原油進口，常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置采用減排技術(shù)，降低單元過程排放系數(shù)。

[1] 耿涌，董會娟，郗鳳明，等.應對氣候變化的碳足跡研究綜述[J].中國人口·資源與環(huán)境，2010，20(10)：6-12

[2] 代方舟，吳迪，王丹寅，等.工業(yè)過程的碳足跡評價與應用初探[J].生態(tài)經(jīng)濟，2011(10)：29-33

[4] 龔魯義，英達.就地熱再生技術(shù)的“低碳”效應[J].筑路機械與施工機械化，2010，27(5)：15-17

[5] CEPI.Framework for the development of carbon footprints for paper and board products[R].Confederation of European Paper Industries，Brussels，2007

STUDYOFCARBONFOOTPRINTOFASPHALTPRODUCTSWTBZ

Sun Xiaolei， Zhang Zhizhi， Yin Zequn

(FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，F(xiàn)ushun，Liaoning113001)

Carbon footprints of asphalt products were studied by PAS2050 standard method.The time boundary for greenhouse emission evaluation is limited in 2014.The examined stages included the raw material acquisition，production，transportation，distribution and end-using.The results indicated that the carbon emission coefficient for each stage is 0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 t/t of asphalt.The carbon footprint of asphalt product is 2.957 5 t/t.The maximum emission of greenhouse gas is in the end-using stage of asphalt，taking over 86.92% of the total emission in whole life cycle.The main measures for reducing the environmental impact of the asphalt are reduction of greenhouse emission in end-using stage and asphalt recycle utilization.

asphalt product； carbon footprint； carbon emission coefficient

2017-07-11；修改稿收到日期2017-08-08。

孫瀟磊，碩士，工程師，主要從事石化行業(yè)節(jié)能減排相關工作。

孫瀟磊，E-mail：sunxiaolei.fshy@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司資助項目(314014)。