瀝青產(chǎn)品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

瀝青產(chǎn)品的碳足跡研究

孫瀟磊，張志智，尹澤群

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

選擇規(guī)范PAS2050作為石化產(chǎn)品碳足跡研究的基礎(chǔ)方法依據(jù)，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評價(jià)對象，對該企業(yè)的瀝青產(chǎn)品碳足跡進(jìn)行研究，溫室氣體核算時(shí)間范圍為2014年1—12月。分別對原料獲取階段、運(yùn)輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段的碳排放情況進(jìn)行研究，得到原料獲取階段、運(yùn)輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段的碳排放系數(shù)分別為0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 tt，最終得出該企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 tt。在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是將瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

瀝青產(chǎn)品 碳足跡 碳排放系數(shù)

碳足跡是目前國內(nèi)外普遍認(rèn)可的用于應(yīng)對氣候變化、解決定量評價(jià)碳排放強(qiáng)度的研究方法，是考慮了全球變暖潛能(GWP)的溫室氣體排放量的一種表征。產(chǎn)品碳足跡是單一產(chǎn)品從其制造、使用以及廢棄的整個(gè)“從搖籃到墳?zāi)埂钡纳^程中，因燃料使用以及處理導(dǎo)致的溫室氣體排放量。開展產(chǎn)品碳足跡評價(jià)是企業(yè)掌握所生產(chǎn)產(chǎn)品對環(huán)境產(chǎn)生影響的重要手段，并由此采取可行的措施減少供應(yīng)鏈中的溫室氣體排放。同時(shí)，碳足跡標(biāo)識(shí)也是引導(dǎo)消費(fèi)者實(shí)施綠色消費(fèi)行為的有效手段，可以使消費(fèi)者對產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境影響具有清晰的量化認(rèn)識(shí)，進(jìn)而引導(dǎo)消費(fèi)決策[1-2]。本研究選擇規(guī)范PAS2050作為石化產(chǎn)品碳足跡研究的基礎(chǔ)方法依據(jù)，以某企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品為評價(jià)對象，功能單位為1 t瀝青產(chǎn)品，環(huán)境因素為瀝青生命周期內(nèi)的溫室氣體排放量，以當(dāng)量二氧化碳(CO2e)排放量計(jì)量。將系統(tǒng)邊界設(shè)定為產(chǎn)品整個(gè)生命周期，包括原料獲取階段、運(yùn)輸階段、生產(chǎn)階段、配送階段和使用階段。在此評價(jià)邊界內(nèi)的核算主體包括所有與該石化企業(yè)瀝青生產(chǎn)相關(guān)的運(yùn)行設(shè)施，溫室氣體核算的時(shí)間范圍為2014年1—12月。

1 瀝青組成

瀝青是多組分產(chǎn)品，將瀝青組分進(jìn)行拆分便于自下而上進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。某石化企業(yè)生產(chǎn)的瀝青組成為渣油、脫油瀝青、抽出油和油漿。渣油和脫油瀝青是瀝青的主要組分，分別占瀝青組成的75%和20%，抽出油僅占5%，催化裂化油漿用量極少，忽略不計(jì)。

2 計(jì)算方法

原油開采階段的碳排放系數(shù)采用不同國家地理特點(diǎn)的加權(quán)平均值表示。

計(jì)算公式如下：

E1=∑(Ei×Ri)

(1)

式中：E1為原油開采的碳排放系數(shù)，t/t；Ei為i地區(qū)原油的碳排放因子，t/t；Ri為i地區(qū)原油所占比例，%。

原油運(yùn)輸階段由于吞吐運(yùn)輸過程的溫室氣體排放主要與貨物的質(zhì)量有關(guān)，可按質(zhì)量分配原則計(jì)算原油運(yùn)輸階段的碳排放系數(shù)。

計(jì)算公式如下：

E2=∑(Ej×TjH)

(2)

式中：E2為原油運(yùn)輸階段的碳排放系數(shù)，t/t；Ej為j種排放源的排放因子；Tj為j種排放源的質(zhì)量，t；H為原油運(yùn)輸過程中各種排放的總質(zhì)量，t。

瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)為瀝青各組分碳排放系數(shù)之和，計(jì)算公式如下：

E3=∑(Emk×Tk)

(3)

式中：E3為瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)，t/t；Emk為瀝青產(chǎn)品中k種組分在m單元裝置的碳排放因子；Tk為瀝青中第k種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

各個(gè)階段CO2排放系數(shù)計(jì)算過程中不同排放源的CO2排放因子見表1。

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

表1 不同排放源的CO2排放因子 tt

排放源排放因子排放源排放因子中東原油01281循環(huán)水00004非洲原油03683除鹽水00091俄羅斯原油06314035MPa蒸汽02621中國原油0385610MPa蒸汽03018世界其余原油0981639MPa蒸汽03495外購電092231)燃料油32366水煤漿1780燃料氣26528柴油3288氮?dú)?0019新鮮水00006壓縮風(fēng)000012)

3 碳排放系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3.1 原料獲取階段

該企業(yè)生產(chǎn)的瀝青主要包括渣油、脫油瀝青和抽出油。表2對生產(chǎn)瀝青用3種組分的原油種類及數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中，用于生產(chǎn)抽出油的原油主要來源于中東、非洲、美洲、東南亞、俄羅斯、英國和中國；用于生產(chǎn)渣油的原油來源于中東(沙特、伊朗(輕))、非洲(加蓬、剛果、蘇丹、利比亞、埃及)、越南和中國；生產(chǎn)脫油瀝青的原油來源于阿曼、沙特(輕)、沙特(中)，以75 300 kt/a計(jì)算。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)和公式(1)以及相關(guān)的排放因子，計(jì)算得到原料獲取階段碳排放系數(shù)為0.207 8 t/t。

表2 2014年該企業(yè)用于生產(chǎn)瀝青的原油統(tǒng)計(jì)結(jié)果 kta

表2 2014年該企業(yè)用于生產(chǎn)瀝青的原油統(tǒng)計(jì)結(jié)果 kta

項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)中東非洲 阿曼145100 加蓬(埃塔姆)10000 沙特(輕)417700 剛果(杰諾)25400 科威特145800 蘇丹(尼羅)145900 伊拉克71400 利比亞(薩里爾)13900 也門7000 埃及(卡倫)36600 伊朗320700 安哥拉116900 卡塔爾13000美洲俄羅斯10000 厄瓜多爾74200英國13500 巴西9000東南亞 玻利維亞18000 印尼7600 哥倫比亞100100 越南(白犀牛)33100 加拿大16300中國(潿洲)35600 墨西哥7400

3.2 原料運(yùn)輸階段

原油從產(chǎn)地到煉油廠需要經(jīng)過2個(gè)階段的運(yùn)輸：①港口之間的運(yùn)輸；②原油從港口到煉油廠的運(yùn)輸。因?yàn)闆]有獲得油輪的碳排放系數(shù)以及具體路線的距離，本次碳足跡的研究沒有考慮原油從產(chǎn)地到煉油廠控制港口之間運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放。該企業(yè)原油通過港口分部調(diào)配入廠，進(jìn)廠路線有兩處，從港口到廠區(qū)原油運(yùn)輸?shù)牧鞒淌疽庖妶D1。

圖1 從港口到廠區(qū)原油運(yùn)輸?shù)牧鞒淌疽?/p>

湛茂輸油管線和北茂輸油管線2014年用電分別達(dá)到22.08 GW·h和30.08 GW·h；另外湛茂線湛江站水煤漿鍋爐耗用水煤漿13.393 kt(用于加熱原油便于輸送)。原油運(yùn)輸過程的能耗見表3。根據(jù)公式(2)計(jì)算得到原油運(yùn)輸階段碳排放系數(shù)為3.901×10-3t/t。

表3 原油運(yùn)輸過程的能耗

3.3 產(chǎn)品生產(chǎn)階段

進(jìn)入該企業(yè)生產(chǎn)區(qū)的原油保存在罐區(qū)，然后經(jīng)過常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)渣油；經(jīng)過常減壓蒸餾和糠醛精制生產(chǎn)抽出油；經(jīng)過常減壓蒸餾和催化裂化生產(chǎn)催化裂化油漿；經(jīng)過常減壓蒸餾和丙烷脫瀝青生產(chǎn)脫油瀝青，最后，4種組分調(diào)合生產(chǎn)道路瀝青。瀝青生產(chǎn)流程示意見圖2。由于催化裂化油漿用量極少，在圖2中未列出。分別對原油罐區(qū)、常減壓蒸餾裝置、丙烷脫瀝青裝置、糠醛精制裝置和瀝青調(diào)合裝置進(jìn)行碳排放系數(shù)的計(jì)算。

圖2 瀝青生產(chǎn)流程示意

3.3.1原油罐區(qū)原油罐區(qū)存儲(chǔ)原油消耗8.329 kt的0.35 MPa蒸汽、740 MW·h的電和10 511 900 m3壓縮風(fēng)。原油罐區(qū)總共排放3.917 kt CO2。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表4中數(shù)據(jù)計(jì)算得到原油罐區(qū)的碳排放系數(shù)為0.217×10-3t/t。

表4 原油罐區(qū)的能耗

3.3.2常減壓蒸餾裝置該企業(yè)共有5套常減壓蒸餾裝置，但只有1號(hào)和3號(hào)常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)瀝青。常減壓蒸餾裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，常減壓蒸餾裝置的能耗見表5。常減壓蒸餾裝置總加工量為5 166 903 t，共排放CO2152 414 t，煉油加工過程沒有廢料產(chǎn)生，加工過程的單元裝置實(shí)現(xiàn)了物料平衡。按照共生產(chǎn)品的溫室氣體質(zhì)量分配原則，單位原油加工量的溫室氣體與單位產(chǎn)品的溫室氣體排放一致。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表4中數(shù)據(jù)，得到常減壓蒸餾裝置生產(chǎn)渣油的碳排放系數(shù)為0.029 t/t。

表5 常減壓蒸餾裝置的能耗

3.3.3丙烷脫瀝青裝置丙烷脫瀝青裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，丙烷脫瀝青裝置能耗見表6。丙烷脫瀝青裝置加工量為404 707 t，共排放38 118 t CO2，根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表6中數(shù)據(jù)，得到丙烷脫瀝青裝置生產(chǎn)瀝青的碳排放系數(shù)為0.094 t/t。

表6 丙烷脫瀝青裝置能耗

3.3.4糠醛精制裝置糠醛精制裝置的排放主要包括工藝爐產(chǎn)生的燃燒排放以及消耗蒸汽、電力等間接排放，糠醛精制裝置能耗見表7。糠醛精制裝置總加工量為637 567 t，共排放58 338 t CO2。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表7中數(shù)據(jù)，得到糠醛精制裝置加工單位原料的碳排放系數(shù)為0.092 t/t。

表7 糠醛精制裝置能耗

3.3.5瀝青調(diào)合裝置瀝青調(diào)合裝置的排放主要包括壓縮風(fēng)和氮?dú)猓y(tǒng)計(jì)結(jié)果見表8。瀝青調(diào)合裝置總加工量為102 900 kt，共排放CO25 640 t。根據(jù)公式(2)，結(jié)合表1和表8中數(shù)據(jù)，得到瀝青調(diào)合裝置的碳排放系數(shù)為5.481×10-3t/t。

3.3.6瀝青生產(chǎn)階段總碳排放系數(shù)瀝青生產(chǎn)階段包括原油儲(chǔ)罐、原油加工以及瀝青組分調(diào)合。各種組分的生產(chǎn)流程中單元裝置的碳排放系數(shù)之和與需要加工的瀝青組成數(shù)量的乘積獲得瀝青單一組分的碳排放量，各個(gè)瀝青組分的碳排放量之和為瀝青生產(chǎn)階段的碳排放量。瀝青生產(chǎn)階段的碳排放系數(shù)根據(jù)公式(3)進(jìn)行計(jì)算，為0.057 85 t/t，其中常減壓蒸餾裝置的碳排放量最大，其排放量占生產(chǎn)階段碳排放總量的50.13%；其次為丙烷脫瀝青裝置，其碳排放量占生產(chǎn)階段碳排放總量的35.50%。

3.4 產(chǎn)品配送階段

該企業(yè)的瀝青產(chǎn)品采用汽車方式銷往廣東、廣西、海南、貴州、湖南和云南等地區(qū)。采用火車方式銷往云南、貴州、四川和湖南地區(qū)，同時(shí)還出口到越南、印尼、泰國和菲律賓等國家，其中90%瀝青在國內(nèi)銷售，排除船運(yùn)的方式。由于沒有具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此按照汽車運(yùn)輸瀝青至湖南長沙為基礎(chǔ)，假設(shè)運(yùn)送距離為500 km，采用專門的40～50 t載重卡車進(jìn)行瀝青運(yùn)輸，卡車會(huì)空車返回，因此考慮雙程排放。根據(jù)EMEP/EEA air pollution emission inventory guidebook(EEA，2009)的統(tǒng)計(jì)，40～50 t載重卡車空載的碳排放量是滿載碳排放量的0.56倍[3]。采用《中國交通年鑒2007》公路運(yùn)輸?shù)膯挝荒芎臄?shù)據(jù)計(jì)算獲得瀝青運(yùn)輸碳排放因子為0.15 kg/(t·km)，瀝青運(yùn)輸?shù)奶寂欧畔禂?shù)為0.117 t/t。

3.5 產(chǎn)品使用階段

煉油廠生產(chǎn)的瀝青運(yùn)輸?shù)降缆饭居糜阡伮贰ｄ伮窞r青料的生產(chǎn)目前還主要采用熱拌技術(shù)。熱拌瀝青混合料碳排放系數(shù)采用文獻(xiàn)[4]中的數(shù)據(jù)，為0.018 t/t。

熱拌場到施工現(xiàn)場距離不會(huì)太遠(yuǎn)，假設(shè)距離為10 km，鋪路瀝青料使用柴油卡車運(yùn)輸，計(jì)算瀝青混合料運(yùn)輸?shù)奶寂欧畔禂?shù)采用文獻(xiàn)[5]中的數(shù)據(jù)，為 0.000 8 t/t。

瀝青填埋處理造成的碳排放采用PAS2050的時(shí)間加權(quán)方法進(jìn)行計(jì)算，按照瀝青含碳80%計(jì)算，假設(shè)瀝青在使用階段排放延遲10年，在此后5年內(nèi)平均釋放，加權(quán)系數(shù)應(yīng)為0.87，廢舊瀝青處置碳排放系數(shù)為2.552 t/t。

將瀝青使用階段各個(gè)過程的碳排放系數(shù)相加即為瀝青使用階段的碳排放量，計(jì)算結(jié)果為2.570 8 t/t。

3.6 瀝青全生命周期的碳足跡

將上述各個(gè)階段的碳排放量進(jìn)行匯總得到瀝青產(chǎn)品碳足跡，如表9所示。瀝青碳足跡為2.957 5 t/t。其中原料從港口到煉油廠的運(yùn)輸和瀝青生產(chǎn)是該企業(yè)控制的階段，是碳足跡研究的主體。原油的部分階段運(yùn)輸排放量占總排放量的0.13%，瀝青生產(chǎn)階段的排放量占總排放量的1.96%，兩者合計(jì)占總排放量的2.09%。如果考慮瀝青出廠以前的過程，溫室氣體排放占比為9.12%，排放量為0.27 t/t。

在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用和處置過程的溫室氣體排放量最大，占全部排放量的86.92%。目前廢舊瀝青的處理包括非法的焚燒、填埋和再生利用。目前降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是盡量降低瀝青填埋，提高瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

表9 該企業(yè)瀝青全生命周期的碳排放

4 結(jié) 論

(1)該石化企業(yè)生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品碳足跡為2.957 5 t/t。

(2)在瀝青全生命周期各階段中，瀝青使用過程的碳排放系數(shù)最大，其排放量占全部排放的86.92%。降低瀝青環(huán)境影響的主要措施是將瀝青循環(huán)利用，減少使用過程的溫室氣體排放。

(3)該企業(yè)控制了原油的部分階段運(yùn)輸和瀝青的生產(chǎn)，兩者合計(jì)占總排放量的2.09%。該階段是控制產(chǎn)品碳排放的重點(diǎn)。

(4)從瀝青全生命周期的過程排放來看，排放系數(shù)較高的單元過程包括原油開采和廢舊瀝青處理。廢舊瀝青處理是不受該石化企業(yè)控制的過程，從瀝青碳排放量考慮應(yīng)該從原油進(jìn)口方面入手降低瀝青碳排放量，調(diào)整原油進(jìn)口比例。排放系數(shù)相對較低的單元過程是常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置。因此應(yīng)該優(yōu)化原油進(jìn)口，常減壓蒸餾裝置和丙烷脫瀝青裝置采用減排技術(shù)，降低單元過程排放系數(shù)。

[1] 耿涌，董會(huì)娟，郗鳳明，等.應(yīng)對氣候變化的碳足跡研究綜述[J].中國人口·資源與環(huán)境，2010，20(10)：6-12

[2] 代方舟，吳迪，王丹寅，等.工業(yè)過程的碳足跡評價(jià)與應(yīng)用初探[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2011(10)：29-33

[4] 龔魯義，英達(dá).就地?zé)嵩偕夹g(shù)的“低碳”效應(yīng)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2010，27(5)：15-17

[5] CEPI.Framework for the development of carbon footprints for paper and board products[R].Confederation of European Paper Industries，Brussels，2007

STUDYOFCARBONFOOTPRINTOFASPHALTPRODUCTSWTBZ

Sun Xiaolei， Zhang Zhizhi， Yin Zequn

(FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals，F(xiàn)ushun，Liaoning113001)

Carbon footprints of asphalt products were studied by PAS2050 standard method.The time boundary for greenhouse emission evaluation is limited in 2014.The examined stages included the raw material acquisition，production，transportation，distribution and end-using.The results indicated that the carbon emission coefficient for each stage is 0.208，3.901×10-3，0.057 85，0.117，2.570 8 t/t of asphalt.The carbon footprint of asphalt product is 2.957 5 t/t.The maximum emission of greenhouse gas is in the end-using stage of asphalt，taking over 86.92% of the total emission in whole life cycle.The main measures for reducing the environmental impact of the asphalt are reduction of greenhouse emission in end-using stage and asphalt recycle utilization.

asphalt product； carbon footprint； carbon emission coefficient

2017-07-11；修改稿收到日期2017-08-08。

孫瀟磊，碩士，工程師，主要從事石化行業(yè)節(jié)能減排相關(guān)工作。

孫瀟磊，E-mail：sunxiaolei.fshy@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司資助項(xiàng)目(314014)。