對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡與減排措施

陳廣衛(wèi)，張志智

（1. 中國石化 能源與環(huán)境部，北京 100728；2. 中國石化 大連石油化工研究院，遼寧 大連 116045）

在我國“雙碳”目標(biāo)和國際上越來越多國家計劃征收碳關(guān)稅的雙重背景下，企業(yè)制定實施碳達(dá)峰、碳中和行動方案既是責(zé)任和義務(wù)，更是生存發(fā)展的必然選擇。傳統(tǒng)煉化企業(yè)迫切需要通過能源轉(zhuǎn)型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整以實現(xiàn)低碳化發(fā)展。在眾多的化工產(chǎn)品中，以對二甲苯為原料可生產(chǎn)多種高附加值的化工產(chǎn)品［1］，故探討對二甲苯的碳足跡具有重要意義。

本文以3家企業(yè)為代表，核算并分析了對二甲苯的碳足跡，探討了其生命周期溫室氣體排放特點，以期對產(chǎn)品的低碳屬性進(jìn)行量化佐證，挖掘產(chǎn)品的減排潛力，減少排放，增加產(chǎn)品競爭力。

1 碳足跡的計算方法

1.1 標(biāo)準(zhǔn)選擇

目前國內(nèi)外的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)多是基于全生命周期的評價方法，常用標(biāo)準(zhǔn)包括PAS 2050［2］、TSQ 0010及ISO 14067等。PAS 2050由英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會發(fā)布，注重與國際碳足跡標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)，將生物排放和抵消的二氧化碳納入核算內(nèi)容，應(yīng)用較廣泛；TSQ 0010由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布，基于PAS 2050補(bǔ)充了產(chǎn)品分類規(guī)則，只在日本國內(nèi)使用；ISO 14067由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布，考慮了生命周期評價、環(huán)境標(biāo)志和聲明等因素，注重產(chǎn)品碳足跡的量化和國際化應(yīng)用，因存在爭議，尚未推廣。

對石化產(chǎn)品生產(chǎn)階段碳足跡的計算需要考慮到生產(chǎn)過程對環(huán)境的廣義影響。在國內(nèi)外眾多碳足跡標(biāo)準(zhǔn)中，PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)更全面地考慮了溫室氣體評價規(guī)則等因素，且該標(biāo)準(zhǔn)目前在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較廣。自2011年以來，該標(biāo)準(zhǔn)在我國非石化行業(yè)得到了大力推廣，如明基電通公司、中糧集團(tuán)、金東紙業(yè)（江蘇）股份有限公司等均采用該標(biāo)準(zhǔn)完成了相關(guān)產(chǎn)品碳足跡的測算。

對于國內(nèi)煉化企業(yè)來說，PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計算方法更貼近生產(chǎn)實際，因此，本文以PAS 2050作為碳足跡計算的基本依據(jù)，結(jié)合煉化企業(yè)的原料獲取、排放源選擇等適用性情況，以煉化企業(yè)生產(chǎn)單元裝置為基礎(chǔ)，對PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適用性改進(jìn)，提出一種更適用于國內(nèi)煉化企業(yè)生產(chǎn)情況的碳足跡計算方法。

1.2 過程確定

從宏觀角度而言，產(chǎn)品全生命周期過程可分為從商業(yè)到消費者（B2C）和從商業(yè)到商業(yè)（B2B）兩種。而對二甲苯作為一種重要的基礎(chǔ)化工原料，其下游延伸方向繁多，無法準(zhǔn)確界定其消費者使用過程及處置過程的碳足跡情況，因此本文對二甲苯碳足跡計算的過程確定為從商業(yè)到商業(yè)，即包括原油獲取階段、原油運(yùn)輸階段及對二甲苯生產(chǎn)階段。

1.3 計算公式

1.3.1 原油獲取階段

不同地區(qū)的原油受其原油品質(zhì)、開采條件等影響，其開采階段溫室氣體排放情況有所差異，按地理區(qū)域?qū)υ瞳@取階段溫室氣體排放加以劃分，計算公式見式（1）。

式中：E1為原油獲取階段噸原油的溫室氣體排放量（以噸二氧化碳當(dāng)量計，下同），t CO2e/t；Emi為不同地區(qū)原油的溫室氣體排放系數(shù)，t CO2e/t；wRi為加工的不同地區(qū)原油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.2 原油運(yùn)輸階段

原油通常通過管線、貨運(yùn)等方式運(yùn)輸進(jìn)廠，涉及電、燃料等能源消耗，計算公式見式（2）。

式中：E2為原油運(yùn)輸階段噸原油的溫室氣體排放量，t CO2e/t；Ej為排放源的溫室氣體排放因子，t CO2e/t；Qj為能源消耗量，t；P為原油量，t。

1.3.3 對二甲苯生產(chǎn)階段

排放源作為最基本的溫室氣體排放單元，是產(chǎn)品碳足跡計算的基礎(chǔ)，生產(chǎn)裝置統(tǒng)計期內(nèi)噸加工量的溫室氣體排放量計算公式見式（3）。

式中：E3為生產(chǎn)裝置統(tǒng)計期內(nèi)噸加工量的溫室氣體排放量，t CO2e/t；Pj為裝置加工量，t。

1.4 參數(shù)確定

碳足跡計算中涉及的能源消耗量、加工量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源為企業(yè)生產(chǎn)報表；不同區(qū)域原油開采的溫室氣體排放系數(shù)以SABIC公司報告的世界原油生產(chǎn)過程的溫室氣體排放系數(shù)為基準(zhǔn)，見表1。電力排放因子來源為2019年度中國區(qū)域電網(wǎng)排放因子［3］，見表2；其他排放源的排放因子來源于省級溫室氣體排放清單［4］，見表3。根據(jù)《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020）［5］進(jìn)行計算。

表1 不同產(chǎn)地原油生產(chǎn)過程的溫室氣體排放系數(shù)

表2 2019年度中國區(qū)域電網(wǎng)排放因子

表3 各種排放源的排放因子

2 對二甲苯碳足跡的計算

選取華東地區(qū)某家有代表性的煉化企業(yè)進(jìn)行對二甲苯碳足跡計算，該企業(yè)電力溫室氣體排放因子取值0.7921 t CO2e/（MW·h）。

2.1 對二甲苯生產(chǎn)流程

芳烴成套技術(shù)是目前煉化企業(yè)生產(chǎn)對二甲苯的主要工藝［6］。以石腦油為原料，經(jīng)催化重整、重整油分離、抽提、歧化、二甲苯分離等步驟制備獲得對二甲苯產(chǎn)品［7］，其中重整油分離裝置、抽提裝置、歧化裝置和二甲苯分離裝置統(tǒng)稱為芳烴聯(lián)合裝置。該企業(yè)的對二甲苯生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 對二甲苯生產(chǎn)流程

2.2 原油獲取階段

2019年該企業(yè)加工原油情況見表4。采用不同地區(qū)原油的加權(quán)平均值，計算得到該企業(yè)在原油獲取階段的溫室氣體排放量為0.2535 t CO2e/t。

表4 2019年該企業(yè)年加工原油情況

2.3 原油運(yùn)輸階段

該企業(yè)原油先在港口分部儲存，然后通過管線運(yùn)輸進(jìn)廠。原油運(yùn)輸階段的溫室氣體排放包括管道運(yùn)輸年用電量（29154 MW·h）以及原油運(yùn)輸過程的車、船對柴油的年消耗量（100 t）所產(chǎn)生的排放。

將數(shù)據(jù)帶入式（2）計算得原油運(yùn)輸階段溫室氣體排放量為2.31×10-3t CO2e/t。

2.4 對二甲苯生產(chǎn)階段

因生產(chǎn)階段涉及的單元裝置較多，本文以常減壓蒸餾裝置為例進(jìn)行計算說明。常減壓蒸餾裝置的年運(yùn)行數(shù)據(jù)見表5。將數(shù)據(jù)帶入式（3）計算得到常減壓蒸餾裝置的溫室氣體排放量為0.03205 t CO2e/t。

表5 常減壓蒸餾裝置年運(yùn)行數(shù)據(jù)

按同樣方法對生產(chǎn)階段涉及的所有單元裝置的溫室氣體排放量進(jìn)行計算匯總，得到對二甲苯生產(chǎn)階段的溫室氣體排放量為1.0133 t CO2e/t。

2.5 生命周期碳足跡

對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布見表6。溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t。

表6 對二甲苯全生命周期溫室氣體排放分布

3 排放熱點分析

為探究對二甲苯生命周期溫室氣體排放特點，對分別位于華東地區(qū)的2家煉化企業(yè)A、B和華北地區(qū)的1家煉化企業(yè)C分別開展了對二甲苯碳足跡計算，從生命周期不同階段、生產(chǎn)裝置、排放源3個維度對排放熱點進(jìn)行識別，尋找以石油為原料生產(chǎn)對二甲苯的溫室氣體排放規(guī)律。

3.1 生命周期排放熱點

3家企業(yè)對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況見表7。由表7可見，3家企業(yè)對二甲苯生命周期內(nèi)溫室氣體排放量分別為1.2691，1.5077，1.5143 t CO2e/t，且對二甲苯生產(chǎn)階段的溫室氣體排放占比最高，均高于70%，因此需進(jìn)一步識別對二甲苯生產(chǎn)階段裝置的排放熱點，找準(zhǔn)減排重點。

表7 3家企業(yè)對二甲苯生命周期不同階段溫室氣體排放情況

3.2 單元裝置溫室氣體排放熱點

3家企業(yè)的各單元裝置排放量貢獻(xiàn)率見圖2。由圖2可見，芳烴聯(lián)合裝置在對二甲苯生產(chǎn)階段排放量貢獻(xiàn)率最高，達(dá)到80%以上，是重點控排裝置，因此需進(jìn)一步識別芳烴聯(lián)合裝置的排放源熱點。

圖2 3家企業(yè)的裝置排放量貢獻(xiàn)率

3.3 排放源排放熱點

對3家企業(yè)芳烴聯(lián)合裝置的能耗和耗能工質(zhì)等排放源進(jìn)行熱點分析，結(jié)果如圖3。由圖3可見，燃料氣對芳烴聯(lián)合裝置的影響最大，3家企業(yè)均達(dá)到50%以上，可見，燃料氣是對二甲苯生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的減排點。

圖3 3家企業(yè)的排放源熱點

4 減排措施

4.1 提高加熱爐效率

采用高效煙氣余熱回收設(shè)備，降低加熱爐排煙溫度，使加熱爐排煙溫度低于100 ℃；在排煙煙氣側(cè)設(shè)置在線CO分析儀，控制加熱爐排煙氧含量低于1.5%（體積分?jǐn)?shù)），CO含量低于6×10-5（體積分?jǐn)?shù)）；采用新型納米爐體外壁保溫涂料，減少爐體散熱損失，外壁溫度低于50 ℃，加熱爐熱效率高于95%，有效減少燃料氣的使用量，進(jìn)而減少對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡。

4.2 優(yōu)化燃料組成

煉化企業(yè)燃料氣組成較為復(fù)雜，在有條件的情況下，提高低碳高熱值燃料的比例，并加強(qiáng)燃料氣排放因子的測量和核算，在提高對二甲苯產(chǎn)品碳足跡計算準(zhǔn)確性的同時，減少排放。

4.3 電加熱爐替代燃料加熱爐

目前國家綠色電力交易已經(jīng)啟動，為用電加熱爐替代煉化企業(yè)化石燃料加熱爐提供了廣闊的發(fā)展空間。國內(nèi)目前電加熱元件表面溫度可達(dá)到800 ℃，物料可加熱至700 ℃，壓力可達(dá)20～30 MPa；國外電加熱器加熱物料可達(dá)1000 ℃。隨著電加熱爐溫度控制技術(shù)的進(jìn)步，電加熱爐替代燃料加熱爐是減少碳足跡的有效途徑之一。

5 結(jié)論

a） 以國際上較為通用的碳足跡計算標(biāo)準(zhǔn)PAS 2050為基本依據(jù)，結(jié)合國內(nèi)煉化企業(yè)對二甲苯生產(chǎn)實際，提出了更具適應(yīng)性的對二甲苯碳足跡計算方法。經(jīng)計算華東某企業(yè)對二甲苯生命周期溫室氣體排放量為1.2691 t CO2e/t，其生命周期不同階段的溫室氣體排放影響順序為對二甲苯生產(chǎn)階段＞＞原油獲取階段＞原油運(yùn)輸階段。

b） 對3家煉化企業(yè)對二甲苯碳足跡計算結(jié)果及排放熱點分析得出，生產(chǎn)階段對對二甲苯生命周期排放的影響最大，超過70%；芳烴聯(lián)合裝置對生產(chǎn)階段的影響最大，達(dá)到80%以上；燃料氣對芳烴聯(lián)合裝置的影響最大，達(dá)到50%以上，可見燃料氣是對二甲苯生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的減排點。

c）可通過提高加熱爐效率、優(yōu)化燃料組成及電加熱爐替代燃料加熱爐等減排措施，減少對二甲苯產(chǎn)品的碳足跡。