劣質渣油加工技術碳排放分析

賈海龍，常鑫，王園園，馬杰，楊曉航，郭忠森,*

(1. 盤錦浩業(yè)化工有限公司，遼寧盤錦 124124；2. 大連理工大學盤錦產業(yè)技術研究院浩業(yè)分院，遼寧盤錦 124221；3. 盤錦浩業(yè)科技有限公司，遼寧盤錦 124124)

為有效應對溫室效應所導致的一系列氣候問題，世界各國相繼提出“碳達峰、碳中和”的任務目標和行動計劃[1-3]。作為負責任的世界大國，中國政府向世界做出了2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的鄭重承諾[4]，由此產生的碳減排壓力對以高能耗、高碳排放為行業(yè)特點的石油煉制行業(yè)的發(fā)展帶來了重大影響。此外，2020年我國原油對外依存度已高達73.5%，全年原油進口量達5.42億t[5]，石油煉制行業(yè)同樣肩負著保障國家能源安全的重要使命。因此，如何清潔低碳地加工好每一滴原油，尤其是劣質渣油組分的綠色深加工成為煉廠發(fā)展的重要課題[6]。

以延遲焦化技術為代表的脫碳工藝和以渣油加氫技術為代表的加氫工藝是劣質渣油深加工的兩大路徑。其中，延遲焦化技術具有技術成熟、流程簡單、投資及操作費用低、原料適應強等優(yōu)點，但其仍存在液相收率低、資源利用不充分等缺點[7]；渣油加氫技術是近年來新興的渣油加工技術，具有轉化率高、液相收率高等優(yōu)點，但仍存在裝置投資大、技術復雜等缺點[8]。眾多研究者針對延遲焦化技術和渣油加氫技術進行了大量的研究工作，但對兩種技術在實際應用情況下的碳排放情況對比研究的報道較少。

筆者以某煉廠的渣油加工裝置為研究對象，通過對加工能耗和碳排放情況進行分析，對比了延遲焦化裝置和渣油加氫裝置之間碳排放的差異，以期為渣油加工裝置碳減排提供指導。

1 裝置簡介

某煉廠渣油加工裝置共有2套，分別為140萬t/a延遲焦化裝置和120萬t/a渣油加氫裝置，工藝流程見圖1和圖2。

圖1 延遲焦化裝置工藝流程示意

圖2 渣油加氫裝置工藝流程示意

由圖1可見：延遲焦化裝置主要由加熱爐、焦炭塔、分餾塔和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)等組成，操作模式為切換使用焦炭塔A/B的間接模式。

由圖2可見：渣油加氫裝置主要有加熱爐、反應器、氣-液“四分”系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)組成，操作模式為連續(xù)操作。

2 碳排放核算過程

2.1 碳排放核算方法

石油加工過程中CO2排放源可分為3種：工藝排放、燃料燃燒排放和外購公用工程間接排放[9-10]。不同CO2排放源的核算方法見表1，相關系數(shù)見表2。

表1 不同碳排放源核算方法

表2 碳排放核算相關系數(shù)

2.2 碳排放核算基礎數(shù)據(jù)

某煉廠140萬t/a延遲焦化裝置和120萬t/a渣油加氫裝置公用工程消耗數(shù)據(jù)見表3。

表3 單位處理量下公用工程消耗情況對比

由表3可見：延遲焦化裝置在燃料氣和蒸汽上消耗較大，而渣油加氫裝置電能消耗較大。

3 碳排放核算結果

延遲焦化裝置和渣油加氫裝置的碳排放核算結果對比見表4。

表4 單位處理量下各公用工程碳排放核算結果單位：kg CO2/t原料料

由表4可見：延遲焦化裝置單位總碳排放量為170.09 kg CO2/t原料；渣油加氫裝置單位總碳排放量為78.95 kg CO2/t原料；渣油加氫裝置單位總碳排放量僅為延遲焦化裝置的46.41%?？紤]到間接排放碳源不可回收，故進一步對比燃料直接燃燒所產生的碳排放情況。其中，渣油加氫裝置單位直接碳排放為13.53 kg CO2/t原料，延遲焦化裝置單位直接碳排放為34.57 kg CO2/t原料，渣油加氫裝置單位直接碳排放量僅為延遲焦化裝置的39.14%。

結合表2、表3和表4，進一步探究延遲焦化裝置碳排放較高的原因，分析可見：延遲焦化裝置碳排放量較高的主要原因在于因裝置除焦、吹掃等工藝所需的蒸汽消耗量較大，其3.5 MPa蒸汽消耗量為渣油加氫裝置的4.02倍，1.0 MPa蒸汽消耗量為渣油加氫裝置的4.34倍；同時，蒸汽碳排放因子更高，分別是燃料氣的3.11倍和電能的2.07倍。延遲焦化碳排放量高的另一原因在于燃料氣的大量使用，其燃料氣使用量為渣油加氫裝置的2.56倍。爐出口溫度接近的情況下，燃料氣用量出現(xiàn)較大差距的原因有：①延遲焦化裝置液收較低，大量熱量殘存在焦炭中無法取出，進而冷焦過程造成大量熱量浪費，而渣油加氫裝置由于均為液相產品，可通過進出料有效換熱方式回收熱量；②延遲焦化反應核心為熱裂解-縮合反應，反應過程需吸收大量熱量，而渣油加氫反應核心為加氫反應，反應過程同時伴隨大量熱量生成，這部分熱量隨反應產物與進料進行換熱。

4 結論

以某煉廠渣油加工裝置為研究對象，通過對比延遲焦化裝置和渣油加氫裝置的碳排放情況，得到如下結論。

1)相比于延遲焦化工藝，渣油加氫工藝是較為理想的低碳技術，其單位總碳排放量為78.95 kg CO2/t原料，單位直接碳排放量僅為13.53 kg CO2/t原料，分別是延遲焦化裝置的46.41%和39.14%。

2) 3種碳排放源中，蒸汽的碳排放因子最高，分別為燃料氣的3.11倍和電能的2.07倍，延遲焦化裝置大量使用蒸汽是其總體碳排放量較高的主要原因。

3)處理同等質量渣油，延遲焦化裝置燃料氣用量及碳排放更高的最本質原因在于熱裂解-縮合結焦反應。

4)延遲焦化裝置降低碳排放應從提高液相收率和降低公用工程消耗量兩方面同時進行；而渣油加氫裝置應更注重采用變頻節(jié)電技術。