汽油產(chǎn)品碳足跡研究

王陶　張志智　孫瀟磊

摘????? 要：碳足跡作為碳減排的一個(gè)可量化參數(shù)，其產(chǎn)品碳排放的分析與評(píng)價(jià)已經(jīng)成為低碳產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要考量。選擇某南方煉廠汽油產(chǎn)品作為研究對(duì)象，采用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的PAS2050作為計(jì)算的基本依據(jù)，使用全生命周期方法評(píng)價(jià)汽油產(chǎn)品從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)周期內(nèi)的碳排放情況。計(jì)算得該煉廠汽油產(chǎn)品全生命周期碳足跡為3.743 7 tCO₂e·t^-1，全生命周期的碳排放順序?yàn)椋浩褪褂?gt;原料獲取>汽油生產(chǎn)>汽油配送>原料運(yùn)輸。降低汽油環(huán)境影響的措施是開(kāi)發(fā)清潔、低碳化能源，優(yōu)化催化裂化等裝置的工藝參數(shù)。

關(guān)? 鍵? 詞：汽油產(chǎn)品;碳足跡;碳排放

中圖分類號(hào)：TE626.21??? ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A?? ????文章編號(hào)： 1671-0460（2020）07-1428-06

Study on Carbon Footprint of Gasoline Products

WANG Tao， ZHANG Zhi-zhi， SUN Xiao-lei

（Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Dalian Liaoning 116045， China）

Abstract： As a quantifiable parameter of carbon emission reduction， the analysis and evaluation of carbon footprint have become an important consideration of low-carbon industrial economy. In this paper， a southern refinery gasoline product was selected as the research object， PAS2050 was chosen as the basis for the calculation， the whole life cycle method was used to evaluate the carbon emission of gasoline products in the whole cycle. The results indicated that the carbon footprint of gasoline product was 3.743 7 t CO2e·t-1， the order of carbon emission was as follows： gasoline use > raw material acquisition > gasoline production > gasoline distribution > raw material transportation. The measures to reduce the environmental impact of gasoline were put forward， such as developing clean and low-carbon energy， optimizing the process parameters of FCC units.

Key words： Gasoline products; Carbon footprint; Carbon emission

溫室氣體的大量排放所引起的氣候問(wèn)題日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起世界各國(guó)和公眾的普遍關(guān)注，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主趨勢(shì)[1-2]。以歐美為主的部分發(fā)達(dá)國(guó)家更早地意識(shí)到這一問(wèn)題，已率先推出了碳市場(chǎng)、碳金融、碳標(biāo)簽等眾多低碳舉措，在電力、石化、建筑及航空等行業(yè)均推行了不少減排策略[3]。

石油石化是高耗能、高污染、高排放的“三高”行業(yè)^[4-5]，在低碳發(fā)展中扮演著不可或缺的角色，特別是煉化企業(yè)逐年增加的溫室氣體排放為石油石化行業(yè)減排帶來(lái)了不小壓力^[6]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的各個(gè)大型石油和能源公司積極開(kāi)展了低碳減排技術(shù)的研發(fā)^[7]，減排技術(shù)紛繁復(fù)雜，企業(yè)的減排需要一個(gè)綜合性的考量手段。碳足跡技術(shù)能夠進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程碳排放量的定量考量，為企業(yè)的減排技術(shù)篩選和碳減排提供指導(dǎo)和依據(jù)。本研究選擇某南方煉廠汽油產(chǎn)品作為研究對(duì)象，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法對(duì)汽油產(chǎn)品的碳足跡進(jìn)行核算。功能單位為1 t汽油產(chǎn)品的二氧化碳排放當(dāng)量，即tCO₂e·t^-1，核算時(shí)間范圍為2018全年。

1? 計(jì)算流程及方法

1.1? 計(jì)算流程

本研究采用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的PAS2050作為汽油產(chǎn)品碳足跡計(jì)算的基本依據(jù)^[8]，使用全生命周期方法評(píng)價(jià)某南方煉廠汽油產(chǎn)品從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)周期內(nèi)的碳排放情況^[9]，核算流程如圖1所示。

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，確定汽油產(chǎn)品的碳足跡核算包括原材料獲?。丛烷_(kāi)采）階段、原料運(yùn)輸階段、汽油生產(chǎn)階段、汽油配送階段及汽油使用（燃燒）階段，系統(tǒng)邊界圖如圖2所示。

3.2? 原料運(yùn)輸

由式（2）可知，原料運(yùn)輸階段所涉及的排放包括兩部分：運(yùn)輸過(guò)程中能耗的排放以及管線上的逸散排放，該煉廠原油通過(guò)港口分部調(diào)配入廠，但由于原油運(yùn)輸過(guò)程不受煉廠控制，運(yùn)輸油輪及管線上的能耗沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，而且從目前石化企業(yè)的一般情況考慮，原油運(yùn)輸?shù)呐欧旁诳傮w碳排放量的占比較少，因此此部分排放在本研究中予以忽略。根據(jù)原油管輸中甲烷逸散排放系數(shù)計(jì)算得管線上逸散排放系數(shù)為2.109×10^-4 t CO₂e·t^-1油。

因此原料運(yùn)輸階段的碳排放系數(shù)為2.109×10^-4 t CO₂e·t^-1油。

3.3? 汽油生產(chǎn)

該煉廠的原油運(yùn)輸進(jìn)廠后存儲(chǔ)在罐區(qū)，然后經(jīng)常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)蠟油和石腦油;蠟油經(jīng)催化裂化裝置生產(chǎn)輕質(zhì)油及催化柴油，輕質(zhì)油進(jìn)入S-ZORB裝置成為調(diào)和組分1：S-ZORB油料，催化柴油經(jīng)柴油加氫改質(zhì)裝置成為調(diào)和組分2：重汽油;石腦油經(jīng)重整和抽提裝置成為調(diào)和組分3/4：重芳烴/抽余油;MTBE裝置生產(chǎn)調(diào)和組分5：MTBE。5種調(diào)和組分經(jīng)線上調(diào)和成為產(chǎn)品汽油出廠。生產(chǎn)流程圖如圖3所示。分別對(duì)5種調(diào)和組分涉及的單元裝置計(jì)算碳排放系數(shù)。

3.3.1? 罐區(qū)

原油進(jìn)廠后在原油罐區(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)，該罐區(qū)的能耗情況如表5所示。根據(jù)式（4）結(jié)合表5中數(shù)據(jù)計(jì)算得原油罐區(qū)的排放量為11 566.71 tCO₂e，排放系數(shù)為1.656×10^-3 tCO₂e·t^-1。

3.3.2? 常減壓蒸餾裝置

該煉廠只有一套常減壓裝置在生產(chǎn)運(yùn)行，根據(jù)煉廠提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，生產(chǎn)的油品損失率低于0.1%，沒(méi)有明顯的油品損失，油品損失所造成的溫室氣體排放忽略，不予以計(jì)算。其生產(chǎn)過(guò)程中的能耗情況如表6所示。根據(jù)式（4）結(jié)合表6中數(shù)據(jù)計(jì)算得常減壓蒸餾裝置的排放量為293 472.4 t CO₂e，排放系數(shù)為0.042 02 t CO₂e·t^-1。

3.3.3? 催化裂化裝置

催化裂化裝置的排放包括裝置能耗排放及催化劑燒焦排放兩部分。根據(jù)煉廠提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，生產(chǎn)的油品損失率低于0.1%，沒(méi)有明顯的油品損失，油品損失所造成的溫室氣體排放忽略，不予以計(jì)算。其生產(chǎn)過(guò)程中的能耗情況如表7所示。根據(jù)式（4）結(jié)合表7中數(shù)據(jù)計(jì)算得催化裂化裝置的能耗排放量為-173 474 t CO₂e，排放系數(shù)為-0.048 84 t CO₂e·t^-1。結(jié)焦催化劑進(jìn)行燒焦再生，統(tǒng)計(jì)了燒焦量為240 750 t。根據(jù)式（4）計(jì)算得催化劑燒焦排放二氧化碳當(dāng)量882 750 t，催化裂化裝置加工裂化原料3 552 138 t，催化裂化裝置燒焦的排放系數(shù)為0.248 5 t CO₂e·t^-1油。因此在汽油生產(chǎn)過(guò)程中，催化裂化裝置總排放量為709 276 t CO₂e，排放系數(shù)為0.199 7 t CO₂e·t^-1。

3.3.4? S-ZORB裝置

S-ZORB裝置的排放包括裝置能耗排放、催化劑燒焦排放及氫耗3部分。其生產(chǎn)過(guò)程中的能耗情況如表8所示，根據(jù)式（4）結(jié)合表8中數(shù)據(jù)計(jì)算得S-ZORB裝置的能耗排放量為59 794.54 t CO₂e，排放系數(shù)為0.030 46 t CO₂e·t^-1。結(jié)焦催化劑進(jìn)行燒焦再生，統(tǒng)計(jì)了燒焦量為330 t，根據(jù)式（4）計(jì)算得催化劑燒焦排放二氧化碳當(dāng)量1 210 t，S-ZORB裝置加工油料1 962 765 t，S-ZORB裝置燒焦的排放系數(shù)為6.165×10^-4 t CO₂e/t油。S-ZORB裝置加工過(guò)程中消耗氫氣2 965 t，單位氫耗為1.511×10^-3 t H₂·t^-1油，所使用氫氣來(lái)自制氫裝置，制氫排放系數(shù)為5.21 t CO₂e·t^-1H₂，根據(jù)式（4）計(jì)算得S-ZORB裝置氫耗排放為7.87×10^-3 t CO₂e·t^-1。因此在汽油生產(chǎn)過(guò)程中，S-ZORB裝置碳排放系數(shù)為0.038 95 t CO₂e/t。

3.3.5? 柴油改質(zhì)裝置

柴油改質(zhì)裝置的排放包括裝置能耗排放及氫耗兩部分。其生產(chǎn)過(guò)程中的能耗情況如表9所示，根據(jù)式（4）結(jié)合表9中數(shù)據(jù)計(jì)算得柴油改質(zhì)裝置的能耗排放量為46 005.49 t CO₂e，排放系數(shù)為0.052 22 t CO₂e/t。柴油改質(zhì)裝置加工過(guò)程中消耗氫氣20 999 t，單位氫耗為0.023 83 t H₂·t^-1油，所使用氫氣來(lái)自制氫裝置，制氫排放系數(shù)為5.21 t CO₂e·t^-1H₂，根據(jù)式（4）計(jì)算得柴油改質(zhì)裝置氫耗排放為0.124 2 t CO₂e·t^-1。因此在汽油生產(chǎn)過(guò)程中，柴油改質(zhì)裝置碳排放系數(shù)為0.176 4 t CO₂e·t^-1。

3.3.6? 重整裝置

重整裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放，消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表10。根據(jù)式（4）及表10中數(shù)據(jù)計(jì)算得重整裝置排放量為138 976.9 t CO₂e，碳排放系數(shù)為0.169 3 t CO₂e·t^-1油。

3.3.7? 抽提裝置

抽提裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放，消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表11。根據(jù)式（4）及表11中數(shù)據(jù)計(jì)算得抽提裝置排放量為52 878.59 t CO₂e，碳排放系數(shù)為0.158 3 t CO₂e·t^-1油。

3.3.8? MTBE裝置

MTBE裝置的排放主要包括消耗蒸汽、電力等間接排放，能耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表12。根據(jù)式（4）及表12中數(shù)據(jù)計(jì)算得MTBE裝置排放量為88278.96 t CO₂e，碳排放系數(shù)為0.552 4 t CO₂e·t^-1油。

3.3.9? 汽油生產(chǎn)階段碳足跡

根據(jù)計(jì)算得單元裝置碳排放系數(shù)結(jié)果，采用各調(diào)和組分單元裝置的能耗碳排放加和計(jì)算各組分的碳排放。調(diào)和組分1：S-ZORB油料碳排放系數(shù)為0.282 3 t CO₂e·t^-1油;調(diào)和組分2：重汽油碳排放系數(shù)為0.419 8 t CO₂e·t^-1油;調(diào)和組分3/4：重芳烴/抽余油碳排放系數(shù)為0.371 3 t CO₂e·t^-1油;調(diào)和組分5：MTBE排放系數(shù)為0.552 4 t CO₂e·t^-1油。

根據(jù)式（3），汽油生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)為各調(diào)和組分的質(zhì)量加權(quán)平均值，計(jì)算得汽油生產(chǎn)階段碳足跡為0.314 6 t CO₂e·t^-1油。各單元裝置中，催化裂化裝置及柴油改質(zhì)裝置對(duì)汽油生產(chǎn)階段碳足跡影響最大。

3.4? 汽油配送

該煉廠的汽油配送主要通過(guò)貨車(chē)的公路運(yùn)輸完成，運(yùn)送至煉廠周邊加油站等地，平均距離為300 km。運(yùn)送貨車(chē)的載重量為40～50 t，且在運(yùn)輸過(guò)程中存在空車(chē)返回的現(xiàn)象。因此根據(jù)EEA^[10]的統(tǒng)計(jì)，空載系數(shù)為0.56，根據(jù)公路運(yùn)輸單位能耗計(jì)算得汽油配送階段的碳排放系數(shù)為0.070 2 t CO₂e·t^-1油。

3.5? 汽油使用

汽油使用過(guò)程即為汽油作為燃料進(jìn)行燃燒，排放包括CO₂、CH₄、N₂O，采用《省級(jí)溫室氣體排放清單》發(fā)布的汽油熱值碳排放因子、氧化率和《綜合能耗計(jì)算通則》中發(fā)布的汽油熱值的乘積計(jì)算得汽油使用階段的碳排放系數(shù)為2.935 5 t CO₂e·t^-1。

3.6? 全生命周期碳足跡

由以上計(jì)算結(jié)果可以匯總得到汽油全生命周期內(nèi)的碳足跡排放量，如表13所示。該煉廠汽油全生命周期碳足跡為3.743 7 t CO₂·t^-1汽油。

4? 結(jié) 論

1）該煉廠汽油產(chǎn)品全生命周期碳足跡為3.743 7 t CO₂e·t^-1。全生命周期的碳排放順序?yàn)椋浩褪褂?gt;原料獲取>汽油生產(chǎn)>汽油配送>原料運(yùn)輸。

2）在汽油全生命周期各個(gè)階段中，汽油使用過(guò)程的溫室氣體排放量最大，占全生命周期排放的78.41%。汽油作為燃料在提供熱值時(shí)排放大量二氧化碳，因此降低汽油環(huán)境影響的措施是開(kāi)發(fā)清潔、低碳化能源，減少使用過(guò)程的溫室氣體排放。

3）汽油在原料獲取階段溫室氣體排放也較大，占全生命周期的11.31%。不同產(chǎn)地的原油對(duì)汽油全生命周期碳足跡的影響較大，這是由于不同地區(qū)原油開(kāi)采所排放的溫室氣體差異較大，因此應(yīng)優(yōu)化原油來(lái)源，調(diào)整進(jìn)口油比例，提高中東原油等輕質(zhì)低硫油的加工量。

（4）汽油生產(chǎn)階段的溫室氣體排放為0.314 6 tCO₂e·t^-1汽油，占汽油產(chǎn)品全生命周期排放的8.4%。生產(chǎn)過(guò)程中的單元裝置的排放對(duì)汽油碳足跡的影響較大。催化裂化裝置應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臏p排技術(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)，減少催化裂化過(guò)程燒焦率;柴油改質(zhì)裝置的氫耗排放量很大，因此應(yīng)優(yōu)化制氫原料及氫氣來(lái)源，降低制氫過(guò)程的碳排放。

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基金項(xiàng)目： 中國(guó)石油化工股份有限公司項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：314014）。

收稿日期： 2020-03-25

作者簡(jiǎn)介： 王陶（1991-），女，遼寧省撫順市人，助理工程師，碩士，2016年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）材料工程專業(yè)，研究方向：低碳技術(shù)。E-mail：wangtao.fshy@sinopec.com。