電石生產(chǎn)企業(yè)碳排放核算與建議

王志強(qiáng)，張 浩

（中國質(zhì)量認(rèn)證中心成都分中心，成都 610041）

2021年，全國碳排放權(quán)交易市場正式開啟履約交易，我國碳市場動態(tài)受到廣泛關(guān)注。加快推進(jìn)碳市場建設(shè)、擴(kuò)大覆蓋行業(yè)范圍、加強(qiáng)碳排放統(tǒng)計(jì)與核算是實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐。2022年4月，國家發(fā)展和改革委員會、國家統(tǒng)計(jì)局、生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系實(shí)施方案》[1]，提出要建立健全行業(yè)企業(yè)碳排放核算機(jī)制，完善重點(diǎn)產(chǎn)品碳排放核算方法。碳排放核算對于企業(yè)認(rèn)識自身排放水平、實(shí)施節(jié)能降碳、參與全國碳市場交易有重要指導(dǎo)意義。

化工行業(yè)是碳排放八大行業(yè)之一[2]，電石、合成氨、甲醇等屬于碳市場交易體系重點(diǎn)關(guān)注的化工子行業(yè)。本文結(jié)合《中國化工生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》（簡稱《指南》）[3]及生態(tài)環(huán)境部公布的2020年溫室氣體排放報(bào)告補(bǔ)充數(shù)據(jù)表[4]，以某電石生產(chǎn)企業(yè)為例，探討法人邊界及配額履約邊界碳排放核算時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 案例介紹

電石（CaC2）是重要的基礎(chǔ)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚氯乙烯（PVC），我國是全球主要的電石生產(chǎn)國，產(chǎn)能占世界總量的90%以上[5]。目前，電石生產(chǎn)普遍采用電熱法，主要工藝是以石灰（CaO）和焦炭、蘭炭等（C）為原料，在電石爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，如式（1）所示。

某電石生產(chǎn)企業(yè)采用電熱法生產(chǎn)電石，配置2臺密閉電石爐，具備年產(chǎn)12萬t電石的產(chǎn)能。主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。篩分合格的石灰石送至氣燒石灰窯，通過600～700 ℃高溫煅燒后得到活性石灰。原料炭材（焦炭、蘭炭）經(jīng)破碎、篩分后送入炭材干燥爐，烘干至合格水分含量后的炭材與石灰經(jīng)配料后加入電石爐，炭材干燥爐采用焦炭粉末作為燃料。憑借電極提供的電能轉(zhuǎn)換成熱能，原料石灰與炭材在1 800～2 200 ℃的高溫下反應(yīng)而制得電石，副產(chǎn)物電石爐氣經(jīng)過凈化、降溫后送至石灰窯作為燃料氣煅燒石灰，收集后的電石爐氣凈化灰、炭材除塵灰輸送至廠區(qū)外。案例企業(yè)車輛和裝載機(jī)消耗柴油。

圖1 電石生產(chǎn)工藝流程

2 企業(yè)法人邊界

企業(yè)法人邊界關(guān)注法人名下所有生產(chǎn)設(shè)施的碳排放，核算結(jié)果能夠充分反映企業(yè)碳排放現(xiàn)狀，可用于建立企業(yè)碳排放清單，支撐開展企業(yè)層面碳達(dá)峰、碳減排工作。

2.1 法人邊界的界定

根據(jù)《指南》，核算范圍包括電石生產(chǎn)車間以及其他輔助和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)，具體如圖2所示。

圖2 企業(yè)法人邊界的界定

2.2 法人邊界排放源識別

電石生產(chǎn)企業(yè)法人邊界排放源識別涉及5個方面。一是化石燃料燃燒的CO2排放。焦炭粉在炭材干燥爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生CO2排放，車輛、裝載機(jī)等消耗柴油產(chǎn)生CO2排放。二是化工生產(chǎn)過程的CO2排放。石灰石高溫分解產(chǎn)生CO2排放，電石爐中，焦炭、蘭炭和電極糊等用作原材料，產(chǎn)生CO2排放。三是CO2再利用。案例企業(yè)未對CO2收集利用，不涉及。四是消耗凈購入電力和熱力的CO2排放。全廠用電設(shè)施消耗電力產(chǎn)生CO2排放，案例企業(yè)未消耗凈外購熱力。五是其他排放源。案例企業(yè)不涉及其他排放源。

2.3 法人邊界的碳源流識別

通過對進(jìn)出法人邊界的碳源流進(jìn)行識別，可以進(jìn)一步明確焦炭等化石能源作為燃料還是原料，可以確定含碳廢物電石爐氣、凈化灰等的流向，避免核算過程出現(xiàn)漏項(xiàng)。經(jīng)識別后的碳源流如圖3所示。案例企業(yè)核算邊界內(nèi)的各碳源流信息如表1所示。

表1 案例電石生產(chǎn)企業(yè)碳源流識別

圖3 案例電石生產(chǎn)企業(yè)碳源流示意圖

2.4 法人邊界排放量核算方法

2.4.1 化石燃料燃燒排放核算

化石燃料燃燒的碳排放核算公式為

式中：E燃燒為燃燒過程產(chǎn)生的排放量，tCO2；ADi為化石燃料的消耗量，t；CCi為化石燃料的含碳量，tC/t；OFi為化石燃料的碳氧化率，%；44/12為換算系數(shù)，即CO2與C的分子量之比。

若未對燃料含碳量CCi數(shù)據(jù)實(shí)測，可采用燃料熱值NCVi（GJ/t）與單位熱值含碳量EFi（tC/GJ）乘積估算。對于案例企業(yè)，核算炭材干燥爐內(nèi)焦炭粉燃燒產(chǎn)生的排放及車輛、裝載機(jī)消耗柴油產(chǎn)生的排放。

2.4.2 化工生產(chǎn)過程排放核算

化工生產(chǎn)過程的碳排放核算公式為

式中：E過程為化工生產(chǎn)過程排放，tCO2；E原料為含碳原材料消耗產(chǎn)生的排放，tCO2；E鹽酸為碳酸鹽分解產(chǎn)生的排放，tCO2。

含碳原材料消耗的碳排放核算公式為

式中：AD為含碳原材料消耗量、含碳產(chǎn)品產(chǎn)量或含碳廢物輸出量，t；CC為含碳原材料、含碳產(chǎn)品或含碳廢物的碳含量，tC/t；r為原材料種類；p為含碳產(chǎn)品種類；w為含碳廢物種類。

對于案例企業(yè)，含碳原材料包括焦炭、蘭炭和電極糊，含碳產(chǎn)品為電石，含碳廢物主要為電石爐氣凈化灰（簡稱凈化灰）。企業(yè)未按照《指南》要求對凈化灰輸出量、含碳量進(jìn)行監(jiān)測，不能扣減其含碳輸出，即該部分輸出記為0。碳酸鹽分解產(chǎn)生的碳排放核算公式為

式中：ADi為碳酸鹽的消耗量，t；EFi為碳酸鹽的排放因子，tCO2/t；PURi為碳酸鹽純度，%。

對于案例企業(yè)，采用石灰石為原料，經(jīng)煅燒后得到活性石灰（CaO）。因此，要計(jì)算石灰石分解產(chǎn)生的CO2排放。

2.4.3 消耗凈購入電力產(chǎn)生的CO2排放核算

消耗凈購入電力的碳排放核算公式為

式中：E凈電為消耗凈購入電力產(chǎn)生的排放，tCO2；AD電力為企業(yè)購入電量與轉(zhuǎn)供電量的差值，即凈購入電力，MW·h；EF電力為電力排放因子，tCO2/MW·h。

法人邊界總排放量為化石燃料燃燒排放量、化工生產(chǎn)過程排放量、消耗凈購入電力排放量之和。

3 配額履約邊界

配額履約邊界也被稱為補(bǔ)充數(shù)據(jù)表邊界，用于核算產(chǎn)品生產(chǎn)車間或裝置的排放量。補(bǔ)充數(shù)據(jù)表邊界排放量核算是企業(yè)參與碳市場交易的重要基礎(chǔ)，是配額分配方案研究的重要依據(jù)。電石生產(chǎn)企業(yè)需要根據(jù)全國排污許可證管理信息平臺上所發(fā)布的最新版補(bǔ)充數(shù)據(jù)表要求，核算配額履約邊界排放量。

3.1 配額履約邊界的界定

電石生產(chǎn)企業(yè)配額履約邊界是指從焦炭、蘭炭、電極糊等能源和原材料進(jìn)入電石生產(chǎn)廠區(qū)開始，到電石產(chǎn)品入庫的整個生產(chǎn)過程。案例企業(yè)具體核算邊界如圖4所示。

圖4 案例電石生產(chǎn)企業(yè)配額履約邊界

3.2 配額履約邊界主要排放源識別

電石生產(chǎn)企業(yè)納入配額履約邊界的排放源包括3個方面。一是能源作為原材料消耗產(chǎn)生的排放。電石生產(chǎn)過程消耗焦炭、蘭炭、電極糊等含碳原材料而產(chǎn)生CO2排放，但不包括炭材烘干爐中焦炭粉等燃料燃燒產(chǎn)生的排放。需要注意的是，補(bǔ)充數(shù)據(jù)表中碳輸出包括電石、電石爐氣、凈化灰等含碳產(chǎn)品和含碳廢物，與法人邊界碳源流識別相比，補(bǔ)充數(shù)據(jù)表需要扣減輸送至石灰窯的電石爐氣對應(yīng)的排放。二是使用電力產(chǎn)生的排放。電石爐、破碎機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)等用電設(shè)施消耗電力而產(chǎn)生CO2排放。三是使用熱力產(chǎn)生的排放。案例企業(yè)無消耗熱力產(chǎn)生的CO2排放。

3.3 配額履約邊界排放量核算方法

3.3.1 能源作為原材料消耗產(chǎn)生的CO2排放計(jì)算

補(bǔ)充數(shù)據(jù)表中，與小節(jié)2.4.2計(jì)算方法類似，能源作為原材料產(chǎn)生的排放量計(jì)算公式為

如企業(yè)按照《指南》要求，定期對電石爐氣的組分進(jìn)行分析，可根據(jù)式（8）計(jì)算電石爐氣的含碳量。

式中：CC爐氣為電石爐氣的含碳量，tC/萬Nm3；Vi為電石爐氣中組分i的體積濃度，%；Ni為組分i分子式中碳原子的個數(shù)。

因案例企業(yè)未對電石爐氣、凈化灰的輸出量、含碳量進(jìn)行監(jiān)測，不能扣減其含碳輸出，即含碳廢物輸出記為0。

3.3.2 消耗電力產(chǎn)生的CO2排放計(jì)算

補(bǔ)充數(shù)據(jù)表邊界消耗電力產(chǎn)生的CO2排放計(jì)算方法同小節(jié)2.4.3，但消耗電力數(shù)據(jù)僅為電石生產(chǎn)裝置的耗電量，排放因子需要根據(jù)電力來源（電網(wǎng)、自備電廠、余熱電廠等）采用加權(quán)平均值。對于案例企業(yè)，電石生產(chǎn)車間消耗電量均來源于電網(wǎng)供電，因此排放因子采用碳排放主管部門發(fā)布的最近年度全國電網(wǎng)平均排放因子。

配額履約邊界碳排放總量為能源作為原材料消耗的碳排放量與消耗電力的碳排放量之和。

4 案例企業(yè)碳排放量核算

一是活動水平數(shù)據(jù)。案例企業(yè)碳排放相關(guān)活動水平數(shù)據(jù)如表2所示。二是排放因子數(shù)據(jù)。案例企業(yè)化石燃料燃燒、碳酸鹽消耗、能源用作原材料、消耗電力對應(yīng)的排放因子分別如表3至表6所示。三是碳排放量核算。根據(jù)表2至表6所列活動水平及排放因子數(shù)據(jù)，核算出案例企業(yè)在核算周期內(nèi)的排放量，如表7所示。

表2 電石生產(chǎn)企業(yè)活動水平數(shù)據(jù)

表3 化石燃料燃燒排放因子

表4 碳酸鹽排放因子

表5 能源用作原材料產(chǎn)生的排放量計(jì)算所需排放因子

表6 電力排放因子

表7 案例電石生產(chǎn)企業(yè)排放量

5 結(jié)果分析

5.1 含碳廢物產(chǎn)量、含碳量數(shù)據(jù)缺失

電石爐氣作為石灰窯燃料在企業(yè)內(nèi)部使用，案例企業(yè)沒有對電石爐氣產(chǎn)量、含碳量進(jìn)行監(jiān)測計(jì)量。每生產(chǎn)1 t電石產(chǎn)品，電石爐氣排放量約為400 Nm3[8]，電石爐氣的CO含量為65%～85%[9]。因此，對于案例企業(yè)，電石產(chǎn)量為13.5萬t，電石爐氣排放量約為5 400萬Nm3，根據(jù)上述電石爐氣組分估算，含碳量約為3.48 tC/萬Nm3，電石爐氣對應(yīng)的二氧化碳排放量為6.89萬t。

案例企業(yè)未對凈化灰產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)量，未對其含碳量進(jìn)行分析。平均每生產(chǎn)1 t電石產(chǎn)生凈化灰約53.5 kg，凈化灰碳含量約為45.9%[8]，對于案例企業(yè)，可估算出每年副產(chǎn)凈化灰約7 222.5 t，對應(yīng)的二氧化碳排放量為1.22萬t。

如果企業(yè)按照《指南》要求，對電石爐氣、凈化灰產(chǎn)量及其含碳量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，則可以對電石爐氣、凈化灰按照含碳輸出進(jìn)行扣減，假設(shè)情景下排放量的估算如表8所示，企業(yè)法人邊界排放量減少近1.22萬t，配額履約邊界排放量減少近8.11萬t。但是，因案例企業(yè)數(shù)據(jù)缺失，無法扣除，導(dǎo)致配額履約邊界排放量計(jì)算值偏大，會直接影響企業(yè)在碳市場交易中的利益。

表8 假設(shè)對含碳廢物進(jìn)行實(shí)測情景下的排放量

5.2 配額履約邊界電力計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)

案例企業(yè)電石生產(chǎn)車間電能表配備不齊全，無法準(zhǔn)確計(jì)量小節(jié)3.1所述配額履約邊界的電力消耗。例如，部分輔助生產(chǎn)設(shè)施、附屬生產(chǎn)設(shè)施消耗的電量未單獨(dú)計(jì)量，石灰石煅燒處理過程消耗電量未單獨(dú)計(jì)量，造成配額履約邊界消耗電力與全廠其他設(shè)施消耗電力無法拆分。因此，經(jīng)保守處理，補(bǔ)充數(shù)據(jù)表電力消耗數(shù)據(jù)按照法人邊界凈外購電填報(bào)，導(dǎo)致配額履約邊界消耗電力對應(yīng)的排放量計(jì)算結(jié)果偏大。

6 減排措施

6.1 加強(qiáng)碳排放管理

企業(yè)應(yīng)建立并完善監(jiān)測計(jì)量系統(tǒng)，定期對計(jì)量器具、儀表、檢測設(shè)備等進(jìn)行校準(zhǔn)維護(hù)；應(yīng)建立溫室氣體排放核算和報(bào)告管理制度，制定年度數(shù)據(jù)質(zhì)量控制計(jì)劃，對碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法、監(jiān)測頻次、記錄頻次和數(shù)據(jù)缺失處理方式等開展精細(xì)化管理，規(guī)范數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。企業(yè)應(yīng)強(qiáng)化碳排放核算工作培訓(xùn)，每年定期組織內(nèi)部碳排放核算與內(nèi)審工作。

6.2 開展能效對標(biāo)

為推動電石等重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)節(jié)能降碳，2021年，國家出臺相關(guān)政策意見[10-11]，對新建和已建成電石企業(yè)能源消耗提出更高的要求。企業(yè)可按照要求開展能耗對標(biāo)，加快改造升級，提升整體能效水平[12-13]。例如，通過優(yōu)化密閉式電爐生產(chǎn)工藝，降低電爐耗電，創(chuàng)新爐氣及其余熱回收技術(shù)，提高炭材烘干過程含碳廢物及余熱利用率，以降低生產(chǎn)過程碳排放。

6.3 電石出爐顯熱回收

電石生產(chǎn)過程中，電石出爐溫度近2 000 ℃，熔融電石通過電石爐上的爐孔流入電石鍋內(nèi)，電石鍋?zhàn)匀焕鋮s后，再將電石破碎成合適尺寸的顆粒。此類生產(chǎn)方式比較普遍，因電石出料溫度高、電石出料連續(xù)性差、熱量回收安全風(fēng)險大等難題，未對余熱進(jìn)行再利用，造成二次能源的極大浪費(fèi)[14]。如果對電石余熱進(jìn)行回收利用，用部分熱量烘干炭材或回收后發(fā)電、供熱[14-15]，可進(jìn)一步降低企業(yè)層面一次能源消耗及碳排放水平。

6.4 調(diào)整能源結(jié)構(gòu)

根據(jù)電石生產(chǎn)企業(yè)碳排放核查統(tǒng)計(jì)，消耗電力產(chǎn)生的二氧化碳排放量占配額履約邊界總排放量的65%～80%。結(jié)合電石行業(yè)特點(diǎn)，可調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，推進(jìn)能源清潔化改造和可再生能源替代[16]，例如，提升光伏發(fā)電、風(fēng)電等綠電的使用比例，從而降低電力消耗產(chǎn)生的碳排放。

7 對補(bǔ)充數(shù)據(jù)表核算方法的建議

7.1 炭材除塵灰碳輸出問題

電石生產(chǎn)企業(yè)在計(jì)算工業(yè)生產(chǎn)過程碳排放時，若企業(yè)炭材除塵灰外售，則需要扣除炭材除塵灰對應(yīng)的輸出碳[17]。而補(bǔ)充數(shù)據(jù)表邊界明確要求，作為原材料投入的能源中，炭材消耗量應(yīng)取烘干后進(jìn)入電石爐之前的炭材量。對于電石生產(chǎn)企業(yè)，入爐總炭材計(jì)量有可能在烘干工序之后，即實(shí)際計(jì)量的炭材消耗量不包含烘干過程除塵設(shè)施收集的除塵灰，如果扣減會違背碳質(zhì)量平衡原則。因此，要根據(jù)炭材消耗量計(jì)量器具實(shí)際安裝位置來判斷是否需要扣減除塵灰對應(yīng)的輸出碳，建議對除塵灰是否納入補(bǔ)充數(shù)據(jù)表核算邊界進(jìn)行說明。

7.2 炭材烘干爐消耗燃料對應(yīng)的排放問題

配額履約邊界明確了核算范圍包括炭材烘干過程，而補(bǔ)充數(shù)據(jù)表不包括化石燃料燃燒對應(yīng)的排放，無法填報(bào)炭材烘干爐燃燒焦炭粉等燃料產(chǎn)生的二氧化碳排放。補(bǔ)充數(shù)據(jù)表雖然要求填報(bào)消耗熱力對應(yīng)的排放，但僅針對余熱回收、蒸汽鍋爐等裝置所提供的以蒸汽、熱水等形式為主的熱力，也無法準(zhǔn)確核算烘干爐燃料燃燒對應(yīng)的排放。因此，建議補(bǔ)充數(shù)據(jù)表增加炭材烘干過程的排放量計(jì)算。

8 結(jié)語

電石行業(yè)屬于傳統(tǒng)煤化工，為高能耗、高碳排放行業(yè)，在國家2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的要求下，電石行業(yè)將面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合電石企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，介紹較為準(zhǔn)確的碳排放核算方法，提出相應(yīng)的碳減排措施，同時對目前補(bǔ)充數(shù)據(jù)表核算方法提出優(yōu)化建議?？傊娛髽I(yè)準(zhǔn)確核算法人邊界及配額履約邊界的碳排放量，完善數(shù)據(jù)監(jiān)測，對本行業(yè)溫室氣體排放研究具有重要意義。