論碳盤(pán)查工作在企業(yè)節(jié)能減排中的作用

任秀芳

（中石化股份天津分公司 天津 300271）

石油化工生產(chǎn)企業(yè)是高耗能企業(yè)，也是溫室氣體排放的主要來(lái)源之一。而近年來(lái)，隨著國(guó)際上相應(yīng)條例的出臺(tái)，中國(guó)政府對(duì)碳減排工作日益重視，先后制定了很多規(guī)章制度，對(duì)高耗能企業(yè)進(jìn)行了能耗限額，實(shí)行“綠色、低碳”的發(fā)展戰(zhàn)略。

由此可見(jiàn)，企業(yè)要可持續(xù)性發(fā)展，節(jié)能減排工作至關(guān)重要。而做好節(jié)能減排工作，必須要清楚企業(yè)的節(jié)能點(diǎn)在何處、節(jié)能潛力有多大。碳盤(pán)查工作因其覆蓋能源使用、排放全過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是另一種形式的“能源審計(jì)”，與企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排工作相輔相成。

1 碳盤(pán)查工作

1.1 溫室氣體

溫室氣體是指大氣層中自然存在的和由人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的能夠吸收和散發(fā)由地球表面、大氣層和云層所產(chǎn)生的波長(zhǎng)在紅外光譜內(nèi)的輻射的氣態(tài)成份。根據(jù)ISO 14064-1-2006《溫室氣體 第1部分：組織層次上對(duì)溫室氣體排放和清除的量化報(bào)告規(guī)范及指南》的基本原則與規(guī)范，結(jié)合石油化工行業(yè)的實(shí)際，我們主要研究六類(lèi)溫室氣體（二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫）的排放與計(jì)算。

1.2 溫室氣體的排放類(lèi)型

溫室氣體的排放主要分為直接排放和間接排放兩類(lèi)。直接排放是指企業(yè)在正常生產(chǎn)過(guò)程中向大氣排放的溫室氣體。間接排放是指企業(yè)生產(chǎn)所消耗的外部電力、熱或蒸汽的生產(chǎn)而造成的溫室氣體排放，不是企業(yè)擁有或控制的排放。

其中，直接排放包括燃料燃燒和工業(yè)過(guò)程排放。其中，燃料燃燒排放是指在工藝加熱爐、鍋爐、轉(zhuǎn)化爐、火炬等設(shè)備中燃料燃燒所排放出的溫室氣體，燃料主要包括原煤、石油焦、柴油、渣油、天然氣、干氣、瓦斯氣、甲烷氫、液化石油氣等。另外，石油煉化企業(yè)內(nèi)部攜帶燃料的移動(dòng)運(yùn)輸工具在使用過(guò)程中造成的排放也是燃料燃燒排放。工業(yè)過(guò)程排放是指石油煉化企業(yè)在加工原料或化學(xué)品的物理或化學(xué)工藝過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體排放。

1.3 溫室氣體排放量核算

企業(yè)碳排放總量為直接碳排放量和間接碳排放量之和。石油煉化企業(yè)溫室氣體排放量計(jì)算原則與ISO14064-1相一致。計(jì)算排放量的基礎(chǔ)應(yīng)基于企業(yè)生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)、分析或測(cè)算數(shù)據(jù)，以月平均或年平均消耗和產(chǎn)出為基準(zhǔn)。不同燃料的溫室氣體排放因子或其他相關(guān)參數(shù)按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。碳排放的核算要符合相關(guān)性、完整性、一致性、透明性及準(zhǔn)確性的原則。

1.3.1 直接碳排放量的計(jì)算

1.3.1.1 燃料燃燒

（1）若已知燃料熱值數(shù)據(jù)，則根據(jù)不同燃料的熱值和對(duì)應(yīng)的CO2排放因子進(jìn)行計(jì)算，如下：

式中：

Eoi：報(bào)告期內(nèi)，生產(chǎn)工藝過(guò)程燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量，單位為噸（t）；

ADi：燃燒過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為燃料消費(fèi)量，單位為噸（t）；

EFi：燃燒過(guò)程的排放因子，等于燃料的低位發(fā)熱值（k J/kg）×燃料單位熱值碳含量

i：表示各種生產(chǎn)工藝過(guò)程或不同種類(lèi)的燃料。

（2）若無(wú)法得到燃料消費(fèi)量，可根據(jù)排氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，即：

式中：

Eoi：報(bào)告期內(nèi)，生產(chǎn)工藝過(guò)程燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量，單位為噸（t）；

ADi：燃燒過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為燃燒過(guò)程的排氣量，單位為m3/h；

EFi：燃燒過(guò)程的排放因子，等于 CO2濃度（mg/m3）×CO2排放時(shí)間（h）×10-9。

（3）若已知裝置進(jìn)料量、出料量、以及進(jìn)料和出料的含碳率，則可根據(jù)裝置物料平衡進(jìn)行計(jì)算，即：

式中：

Eoi：報(bào)告期內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中燃料燃燒產(chǎn)生的碳排放量，單位為噸（t）；

ADj：燃燒過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為裝置進(jìn)料量，單位為噸（t）；

EFj：燃燒過(guò)程的排放因子，等于裝置進(jìn)料中的含碳率

ADc：燃燒過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為裝置出料量，單位為噸（t）；

EFc：燃燒過(guò)程的排放因子，等于裝置出料中的含碳率

1.3.1.2工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程

（1）催化劑燒焦過(guò)程CO2排放

煉廠(chǎng)的催化裂化裝置和催化重整裝置等反應(yīng)過(guò)程中，由于小分子烴類(lèi)還原或不飽和烴類(lèi)聚合、縮合產(chǎn)生結(jié)焦，沉積在催化劑上，堵塞催化劑毛孔，導(dǎo)致催化劑失活。生產(chǎn)過(guò)程中，一般采取燒焦的方式使催化劑恢復(fù)活性。

催化劑燒焦過(guò)程會(huì)產(chǎn)生CO2，假設(shè)焦炭完全燃燒為CO2，可根據(jù)CO2排放濃度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，如下：

式中：

Ec：報(bào)告期內(nèi)，催化劑燒焦產(chǎn)生的碳排放量，單位為噸（t）；

ADi：燒焦過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為燒焦煙氣量，單位為m3/h；

EFi：燒焦過(guò)程的排放因子，等于 CO2濃度（mg/m3）×CO2排放時(shí)間（h）×10-9。

（2）工藝過(guò)程CO2排放

煉油企業(yè)制氫裝置采用天然氣、焦炭等原料，在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，生成H2和CO2，其中H2用于其他加氫裝置，CO2部分回收試生產(chǎn)液態(tài)CO2產(chǎn)品，部分排入大氣?？刹捎梦锪掀胶夥ㄟM(jìn)行估算。公式如下：

式中：

EH：報(bào)告期內(nèi)，制氫裝置產(chǎn)生的碳排放量，單位為噸（t）；

ADy：生產(chǎn)過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為進(jìn)入裝置的原料量，單位為噸（t）；

ADz：生產(chǎn)過(guò)程的活動(dòng)數(shù)據(jù)，為產(chǎn)生的殘?jiān)?，單位為噸（t），采用煤（焦）為原料的制氫工藝中需考慮，采用天然氣或石油氣等為原料的制氫工藝不需考慮此項(xiàng)；

EFz：生產(chǎn)過(guò)程的排放因子，等于殘?jiān)械暮悸?/p>

1.3.2 間接碳排放量的計(jì)算

間接排放包括外購(gòu)電力和外購(gòu)熱力產(chǎn)生的CO2排放。間接排放不需按照排放單元逐一進(jìn)行核算，只需核算報(bào)告范圍內(nèi)企業(yè)外購(gòu)電力和外購(gòu)熱力的總量。

1.3.2.1 外購(gòu)電力

外購(gòu)電力間接CO2排放按下式計(jì)算：

式中：

ADe=外購(gòu)電量（104k W·h）；

ADk=電力抵扣量（104k W·h），僅包括余熱余壓發(fā)電量和光伏發(fā)電量；

EFe=電力的二氧化碳排放因子（t CO2/104k W·h）。

1.3.2.2 外購(gòu)熱力

外購(gòu)熱力間接CO2排放按下式計(jì)算：

式中：

ADh=外購(gòu)熱量（GJ）；

EFh=熱力的二氧化碳排放因子（t CO2/GJ）。

2 碳盤(pán)查核算對(duì)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)與應(yīng)用

2.1 碳盤(pán)查結(jié)果分析

通過(guò)幾年來(lái)碳盤(pán)查的數(shù)據(jù)對(duì)比與分析，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于有自備電廠(chǎng)的大型石油煉化企業(yè)，直接碳排放的比重占到了81%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于間接排放。

圖1 有自備電廠(chǎng)的大型煉化企業(yè)碳排放的比例分布

通過(guò)對(duì)該企業(yè)直接碳排放的深入分析可知，熱電鍋爐消耗的燃料所產(chǎn)生的碳排放占比最大，達(dá)到60%；第二位是工藝鍋爐所產(chǎn)生的碳排放，占32%；第三位是工藝過(guò)程所產(chǎn)生的碳排放，占8%。移動(dòng)運(yùn)輸工具所消耗的燃料排放在企業(yè)的直接碳排放中占比非常少，基本可以忽略。

圖2 有自備電廠(chǎng)的大型煉化企業(yè)直接碳排放中各組成的分布圖

2.2 碳盤(pán)查對(duì)企業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)與應(yīng)用

通過(guò)碳盤(pán)查工作可以發(fā)現(xiàn)企業(yè)碳排放的重點(diǎn)源頭，為企業(yè)節(jié)能減排工作提供方向性指導(dǎo)，讓企業(yè)做到有的放矢。同時(shí)為企業(yè)下一步減排方向提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.1 降低熱電鍋爐的燃料消耗是企業(yè)節(jié)能減排工作的首要任務(wù)

為了有效降低熱電鍋爐的燃料消耗，一是積極開(kāi)展加熱爐達(dá)標(biāo)提效工作，通過(guò)對(duì)一臺(tái)420噸/小時(shí)的樣板爐改造，增上相變換熱器，回收煙氣余熱對(duì)進(jìn)爐空氣和除鹽水進(jìn)行預(yù)熱，排煙溫度下降了15℃，每年可節(jié)約原煤消耗8000噸，折合5497噸標(biāo)煤，減少碳排放14693噸當(dāng)量二氧化碳。二是大膽嘗試潔凈煤技術(shù)，由于煤炭仍然是該企業(yè)熱電鍋爐的主要燃料，通過(guò)對(duì)歷年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，其占比在70%左右，因此煤炭潔凈、高效利用是企業(yè)節(jié)能減排重要出路，應(yīng)該及早著手，把使用潔凈煤技術(shù)放在節(jié)能減排的首要位置。

此外，有效降低耗能工質(zhì)的汽、電消耗，是減少熱電鍋爐燃料消耗的根本。一是嚴(yán)格審查新增項(xiàng)目，其工藝和設(shè)備要符合國(guó)家節(jié)能減排規(guī)范。二是積極更新高耗能設(shè)備，例如對(duì)一臺(tái)420噸/小時(shí)的熱電鍋爐進(jìn)行風(fēng)機(jī)變頻改造后，年可節(jié)電100萬(wàn)千瓦時(shí)，節(jié)約原煤消耗550噸，折合378噸標(biāo)煤，減少碳排放量1010噸當(dāng)量二氧化碳。三是做好余熱鍋爐運(yùn)行管理，增加自發(fā)蒸汽量，減少熱電鍋爐發(fā)汽負(fù)荷。四是做好余熱回收利用工作，用水伴熱取代汽伴熱，用余熱取代某些塔底吹汽，從而減少蒸汽消耗。通過(guò)以上節(jié)汽、節(jié)電舉措全年節(jié)約蒸汽17.43萬(wàn)噸、電2428萬(wàn)千瓦時(shí)，節(jié)約熱電原煤消耗3.14萬(wàn)噸，折合2.16萬(wàn)噸標(biāo)煤，減少碳排放3.96萬(wàn)噸當(dāng)量二氧化碳。

2.2.2 降低工藝加熱爐的燃料消耗是企業(yè)節(jié)能減排工作的重點(diǎn)

為了有效降低工藝加熱爐的燃料消耗，一是做好加熱爐的運(yùn)行管理，降低加熱爐排煙溫度，杜絕散熱損失，提高加熱爐效率。二是優(yōu)化換熱流程，提高換熱終溫，降低加熱爐負(fù)荷。三是大力推廣直進(jìn)料，降低下游加熱爐燃料消耗。四是利用富余低壓蒸汽，對(duì)燃料氣實(shí)行集中預(yù)熱，有效降低加熱爐燃料消耗。五是調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)，用氣態(tài)燃料取代液態(tài)燃料，盡量使用天然氣等清潔、優(yōu)質(zhì)的燃料，不再使用燃料油等燃燒效率低、碳排放量大的燃料。通過(guò)以上節(jié)能舉措的實(shí)施，該公司年節(jié)約燃料5.96萬(wàn)噸，折合6.75萬(wàn)噸標(biāo)煤，減少碳排放19.3萬(wàn)噸當(dāng)量二氧化碳。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 碳盤(pán)查工作對(duì)企業(yè)的節(jié)能減排工作具有重要意義

通過(guò)連續(xù)幾年的碳盤(pán)查工作，一方面摸清了企業(yè)的碳排放源，理清了企業(yè)碳排放的各組成分布，有利于節(jié)能減排工作的全面開(kāi)展。另一方面通過(guò)對(duì)碳盤(pán)查數(shù)據(jù)的分析，充分掌握了本企業(yè)碳排放結(jié)構(gòu)，為下一步節(jié)能減排工作提供了攻關(guān)方向。

3.2 在碳盤(pán)查基礎(chǔ)上可以有的放失的開(kāi)展企業(yè)減排工作

通過(guò)碳盤(pán)查工作，本企業(yè)意識(shí)到降低熱電鍋爐和工藝加熱爐的燃料消耗對(duì)企業(yè)整體的節(jié)能減排有著至關(guān)重要的作用。為此，及時(shí)制定方案，對(duì)熱電及工藝加熱爐采取了達(dá)標(biāo)提效治理、優(yōu)化運(yùn)行操作、燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整等一系列的節(jié)能降耗措施，切實(shí)取得了節(jié)能減排效果。

[1]ISO 14064-1溫室氣體第一部分組織層次上對(duì)溫室氣體排放和清除的量化和報(bào)告的規(guī)范及指南[S].