不同柴油生產(chǎn)路徑碳排放的分析與比較

王 陶，張志智，孫瀟磊

（中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院，遼寧 大連 116045）

近年來，日益嚴(yán)重的全球氣候變暖問題正深刻影響著人類的生產(chǎn)生活[1-2]，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)正成為全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的共同趨勢[3]。以歐美為首的發(fā)達(dá)國家更早地意識(shí)到了這一問題，率先推行了碳標(biāo)簽、碳盤查及碳資產(chǎn)管理等措施，以提高其在全球低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的競爭力。作為溫室氣體排放量最大的國家之一，中國政府也做出了到2030年溫室氣體排放達(dá)到峰值的減排承諾，低碳發(fā)展勢在必行[4-5]。

石化行業(yè)作為典型的高排放、高污染、高能耗的“三高”行業(yè)[6]，其清潔化、低碳化發(fā)展對實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的溫室氣體減排至關(guān)重要。近年來，盡管國內(nèi)各大石油石化公司相繼推行了一系列低碳發(fā)展舉措，但煉化板塊逐年增加的碳排放問題仍有待解決。利用碳足跡技術(shù)對煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放進(jìn)行定量考量[7]，探究石化產(chǎn)品的低碳生產(chǎn)路徑對推動(dòng)煉化企業(yè)可持續(xù)發(fā)展大有裨益。作為最主要的石化產(chǎn)品之一，柴油的清潔低碳化生產(chǎn)對各大煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排具有重要意義。本研究以英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的規(guī)范PAS2050為基本依據(jù)[8-9]，以3家代表性煉化企業(yè)（A，B，C）柴油產(chǎn)品為研究對象，以3條柴油生產(chǎn)路徑為體系，分別核算不同柴油生產(chǎn)路徑的碳排放情況，以期為柴油低碳化生產(chǎn)路徑的選擇提供理論依據(jù)。核算的功能單位為1 t柴油產(chǎn)品，環(huán)境因素為柴油生產(chǎn)階段的二氧化碳排放當(dāng)量（CO2e），核算主體為與柴油生產(chǎn)有關(guān)的所有單元裝置，核算時(shí)間范圍為2019年全年。

1 計(jì)算方法

對于一套單元裝置來說，其在石化產(chǎn)品生產(chǎn)階段的碳排放由能耗排放、氫耗排放及燒焦排放的一種或幾種組成，按照如下方法進(jìn)行計(jì)算。

1.1 能耗排放計(jì)算

石化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，按照排放源計(jì)算，單元裝置的排放主要是由于工藝爐的燃燒排放及能耗工質(zhì)的間接排放引起的。生產(chǎn)過程中單元裝置的能耗排放計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：E1為單元裝置的碳排放系數(shù)，tCO2e/t；Ei為不同排放源的碳排放因子，tCO2e/t；Qi為不同排放源的消耗量，t；P為單元裝置加工的油料質(zhì)量，t。

1.2 氫耗排放計(jì)算

在石化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，加氫裝置眾多，需要用到大量氫氣，而氫氣在生產(chǎn)過程中的能耗及溫室氣體排放量較大，因此在計(jì)算石化產(chǎn)品生產(chǎn)階段碳排放時(shí)，應(yīng)對加氫裝置的氫耗排放予以考慮。氫耗排放的計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：E2為加氫裝置的氫耗排放系數(shù)，tCO2e/t；EH2為加氫裝置的單位氫耗，tH2/t；WH2為制氫排放系數(shù)，tCO2e/tH2。

1.3 燒焦排放計(jì)算

在石化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，某些單元裝置需要對結(jié)焦催化劑進(jìn)行燒焦再生，此過程會(huì)導(dǎo)致大量溫室氣體的排放，即制程排放。燒焦排放的計(jì)算公式如式（3）所示：

式中：E3為單元裝置的燒焦排放系數(shù)，tCO2e/t；P為單元裝置加工的油料質(zhì)量，t；H為綜合考慮焦炭的碳?xì)浔燃盁骨昂筇己康纫蛩睾?，得到裝置催化劑的燒焦量（即含碳量），t。

1.4 基本參數(shù)

不同碳排放源的排放因子由國家發(fā)改委電網(wǎng)排放因子數(shù)據(jù)、《綜合能耗計(jì)算通則》及《省級(jí)溫室氣體排放清單》匯總獲得，各排放源碳排放因子如表1所示。

表1 各排放源的碳排放因子

2 柴油生產(chǎn)流程

煉化企業(yè)柴油生產(chǎn)路徑多樣，涉及的單元裝置眾多，本研究根據(jù)調(diào)研的3家煉化企業(yè)的柴油生產(chǎn)情況，選取3條生產(chǎn)路徑進(jìn)行分析。3條路徑的生產(chǎn)流程示意如圖1所示。

3 柴油生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算

3.1 常減壓裝置排放

常減壓蒸餾裝置在生產(chǎn)過程中的碳排放只涉及能耗排放，3家煉化企業(yè)的常減壓蒸餾裝置能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示，根據(jù)表2數(shù)據(jù)并結(jié)合式（1），計(jì)算得出3家煉化企業(yè)常減壓蒸餾裝置碳排放系數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 常減壓蒸餾裝置能耗數(shù)據(jù)

3.2 焦化裝置排放

焦化裝置在生產(chǎn)過程中的碳排放只涉及能耗排放，根據(jù)3家煉化企業(yè)的焦化裝置能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合式（1），計(jì)算3家煉化企業(yè)焦化裝置的碳排放系數(shù)，計(jì)算方法同常減壓蒸餾裝置。計(jì)算得出3家煉化企業(yè)的焦化裝置排放系數(shù)分別為0.078 51，0.071 20，0.092 81 tCO2e/t。

3.3 加氫裝置排放

3條柴油生產(chǎn)路徑中，柴油生產(chǎn)過程中所涉及的加氫裝置包括加氫改質(zhì)裝置及柴油加氫裝置，2種加氫裝置在生產(chǎn)過程中的碳排放均涉及能耗排放和氫耗排放，以柴油加氫裝置為例進(jìn)行計(jì)算說明。

3.3.1 柴油加氫裝置能耗排放

根據(jù)3家煉化企業(yè)的柴油加氫裝置能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合式（1），計(jì)算3家煉化企業(yè)柴油加氫裝置能耗排放系數(shù)，計(jì)算方法同常減壓蒸餾裝置。計(jì)算得出3家煉化企業(yè)柴油加氫裝置能耗排放系數(shù)分別為0.037 38，0.033 32，0.061 31 tCO2e/t。

3.3.2 柴油加氫裝置氫耗排放

根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，3家煉化企業(yè)的生產(chǎn)用氫均來自天然氣制氫裝置，柴油加氫裝置的氫氣消耗情況如表3所示，根據(jù)表3中數(shù)據(jù)并結(jié)合式（2），計(jì)算得出3家煉化企業(yè)柴油加氫裝置氫耗排放系數(shù)。

表3 柴油加氫裝置氫耗數(shù)據(jù)

3.3.3 柴油加氫裝置碳排放

柴油加氫裝置在生產(chǎn)過程中的碳排放系數(shù)為能耗排放系數(shù)和氫耗排放系數(shù)之和。根據(jù)3.3.1及3.3.2中計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得出3家煉化企業(yè)柴油加氫裝置的碳排放系數(shù)分別為0.188 5，0.156 6，0.239 5 tCO2e/t。

3.3.4 加氫裝置碳排放系數(shù)匯總

加氫改質(zhì)裝置碳排放系數(shù)計(jì)算方法同柴油加氫裝置，結(jié)果如表4所示。

表4 加氫裝置碳排放數(shù)據(jù)

3.4 催化裂化裝置排放

3.4.1 催化裂化裝置能耗排放

根據(jù)3家煉化企業(yè)的催化裂化裝置能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合式（1），計(jì)算3家煉化企業(yè)催化裂化裝置能耗排放系數(shù)，計(jì)算方法同常減壓蒸餾裝置。計(jì)算得出3家煉化企業(yè)催化裂化裝置能耗排放系數(shù)分別為–0.074 87，–0.111 50，–0.048 76 tCO2e/t。

3.4.2 催化裂化裝置燒焦排放

根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，3家煉化企業(yè)的催化劑燒焦情況如表5所示，根據(jù)表5中數(shù)據(jù)并結(jié)合式（3），計(jì)算得出3家煉化企業(yè)催化裂化裝置燒焦排放系數(shù)。

表5 催化裂化裝置燒焦數(shù)據(jù)

3.4.3 催化裂化裝置碳排放

催化裂化裝置在生產(chǎn)過程中的碳排放涉及能耗排放和催化劑燒焦排放，因此其碳排放系數(shù)為兩者的加和。根據(jù)3.4.1及3.4.2中計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得出3家煉化企業(yè)催化裂化裝置的碳排放系數(shù)分別為0.179 6，0.168 0，0.190 2 tCO2e/t。

3.5 不同柴油生產(chǎn)路徑碳排放匯總

每種生產(chǎn)路徑的碳排放系數(shù)為其涉及的所有單元裝置碳排放系數(shù)之和，根據(jù)上文計(jì)算得到的各裝置在柴油生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)，匯總得到3種不同柴油生產(chǎn)路徑的碳排放情況如表6所示。

表6 不同柴油生產(chǎn)路徑碳排放系數(shù)匯總 tCO2e/t

4 結(jié)論

1）3家煉化企業(yè)柴油生產(chǎn)階段的碳排放順序?yàn)椋浩髽I(yè)C>企業(yè)A>企業(yè)B。企業(yè)C地處東北區(qū)域，其電力的碳排放因子更高，而電力是石化產(chǎn)品生產(chǎn)中最主要的耗能工質(zhì)之一，因此對于這類企業(yè)可考慮采用自發(fā)電的形式，并優(yōu)化熱電裝置的熱電生產(chǎn)比例，從而降低電力的碳排放因子。

2）3條柴油生產(chǎn)路徑的碳排放順序?yàn)椋郝窂?>路徑1>路徑3。路徑2的碳排放系數(shù)要明顯高于另外2條路徑，分析造成這一結(jié)果的原因，一方面是由于催化裂化裝置的催化劑燒焦排放影響很大，另一方面加氫改質(zhì)裝置的氫氣消耗量過高，導(dǎo)致加氫改質(zhì)裝置的氫耗系數(shù)影響很大。因此煉化企業(yè)在生產(chǎn)過程中，可優(yōu)化催化裂化原料及氫氣來源，降低燒焦排放及氫耗排放，以實(shí)現(xiàn)柴油生產(chǎn)的低碳化及清潔化。

3）3條柴油生產(chǎn)路徑中，路徑3的碳排放系數(shù)最低。路徑3在生產(chǎn)過程中涉及的單元裝置更少，在生產(chǎn)過程中的能耗排放更低。因此，企業(yè)在生產(chǎn)過程中可考慮適當(dāng)提高第3條生產(chǎn)路徑的柴油生產(chǎn)比例，以更優(yōu)的單元裝置配置實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)目標(biāo)。