獨立焦化企業碳排放現狀及減排途徑分析

段理杰 黨照亮 魏 未

（河南省冶金研究所有限責任公司 河南鄭州 450053）

引言

隨著人類社會進程的不斷加快，人類活動導致全球氣候變化日趨明顯，控制溫室氣體排放成為當前環境領域的熱點問題。根據全球碳項目發布的《2016全球碳預算報告》表明，2015年我國CO2排放總量104億噸，成為全球最大的碳排放國家，其中工業行業排放占比約為83%。因此推動主要工業行業溫室氣體減排勢在必行。

我國是世界上最大的焦炭生產基地，焦炭產量超過世界總產量的40%。國家統計舉數據顯示，2015年我國焦炭總產量為44822萬噸，煉焦消耗標準煤約為5610萬噸[1]。焦化生產包括鋼鐵行業自產(鋼鐵聯合)和鋼鐵行業外購(獨立焦化)焦炭兩類企業。目前，中國鋼鐵企業用焦量占焦炭產量80%左右，但是只有33%的焦炭生產能力布局在鋼鐵聯合企業，而67%為獨立焦化生產企業[2]。焦炭生產過程中排放大量的CO2，因此研究焦化行業尤其是獨立焦化生產企業的碳排放對我國應對氣候變化問題具有非常重要的現實意義。

1 采用的碳排放核算方法

目前國內外涉及焦化行業CO2排放核算方法采用物料衡算法原理的有三種：IPCC清單法[3]、國際鋼鐵協會（第一版）[4]和歐盟碳交易體系。其中，IPCC清單法是采用焦炭生產工序的排放因子對焦化生產過程CO2排放量進行估算，企業各輸入輸出項碳含量因子均是缺省值；國際鋼鐵協會則是將能源種類按照工序和用途進行劃分分別估算，與中國按煤炭種類劃分實際不一致；歐盟碳交易體系是按照煤炭/焦炭的灰分和揮發分對碳含量因子進行經驗估算。而我國焦化行業CO2排放核算采用的主要方法是 IPCC清單法，但排放系數法參考了溫室氣體議定書（GHG）[5-7]、日本的鋼鐵聯盟志愿行動計劃[8]和綜合能源統計等計算方法，統計其化石燃料和動力介質的消耗量，然后分別乘以對應的CO2排放系數并加和計算。

1.1 核算邊界

結合焦化企業實際運營邊界，參考現有的焦化行業碳排放核算方法提出的核算邊界確定原則，確定核算邊界包括煉焦、煤氣凈化、化產回收以及其他燃燒設備燃燒環節。其中，碳輸入項包括入爐煤及其他含碳配料、其他燃氣和外購電力/熱力，輸出項包括焦炭/焦粉產品、焦油/粗苯等副產品、外輸焦爐煤氣和自產電力/熱力等，具體見圖1。

圖1 獨立焦化企業溫室氣體排放核算邊界示意圖（以常規機焦爐為例）

1.2 核算方法

參考《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》，采用《中國獨立焦化焦化企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》推薦的方法，依據企業核算與報告的排放源類別和氣體種類，分為燃料燃燒CO2排放、工業生產過程CO2排放、CO2回收利用量、凈購入電力熱力隱含的CO2排放等四部分[9]。

式中：

EGHG為報告主體的溫室氣體排放總量，單位為噸CO2；

ECO2-燃燒為核算邊界內各種燃燒設備燃燒化石燃料產生的CO2排放量，單位噸CO2；

ECO2-過程為核算邊界內各種工業生產過程產生的CO2排放量，單位噸CO2；

RCO2-回收為企業的CO2回收利用量，單位噸CO2；

ECO2-凈電為報告主體凈購入電力隱含的CO2排放量，單位噸CO2；

ECO2-凈熱為報告主體凈購入熱力隱含的CO2排放量，單位噸CO2；

2 典型獨立焦化企業碳排放量的計算結果及分析

2.1 調研企業CO2排放量的計算結果

研究以獨立焦化生產企業實地調研獲得的生產數據為依據。調研內容主要包括：企業生產規模、所采用的工藝技術及流程、洗精煤消耗量及組成、產品焦炭及副產品煤焦油、粗苯、焦爐氣外供量及其組成等。通過實地調研本省內6家焦化企業生產工藝，并收集獲取這些企業2015年的生產統計數據。所調研的6家企業均是化產回收型獨立焦化企業，且運行正常。

（1）根據公式可計算出企業CO2排放系數（噸焦CO2排放量），結果見圖2所示。

圖2 焦化企業CO2排放系數比較

從圖2可以看出，各企業CO2排放系數相差較大，A、B、C企業相差不大，約為0.300左右，其中F企業為0.596為最大，是A企業的0.290的兩倍，六家企業的平均CO2排放系數為0.379。

（2）根據公式可計算出企業各過程排放CO2的排放量，結果見圖3所示。

圖3 焦化企業分過程CO2排放量計算結果

由圖3可以看出，焦化企業CO2排放主要是在燃料燃燒排放，其中A、B、C、D企業約占總排放量的80%以上，且凈購入電力熱力排放為負值，經調研了解，這幾家企業均存在外供電力和熱力；E、F企業的煉焦過程排放CO2排放也占80%以上，經調研，E、F企業管理不善，煤氣全部用于燃燒，但過程沒有配備計量儀表，無法準確統計燃料量，故核算煉焦生產過程時將煤氣全部按照外排損失進行扣除，造成了煉焦過程CO2排放量包括了燃料燃燒過程排放。

2.2 結果分析

綜上可以看出，企業CO2排放量和排放系數與企業管理水平、生產工藝技術有很大關系，各企業的CO2排放系數和過程排放量相差較大。

（1）通過圖2對比分析，A、B、C三個企業管理較為嚴格，計量器具配備齊全，日常統計規范，對焦爐煤氣的各設備燃燒量均能準確的掌握，尤其是煉焦過程的嚴格管理，減少了焦爐煤氣的逸散，也減少了煉焦過程排放；F企業管理最為混亂，計量器具配備率低，焦爐煤氣沒有計量統計，在煉焦生產過程中，操作不規范，造成煤氣大量逸散，從而使總排量增大。

（2）通過圖3對比分析，A、B、C三個企業的凈購入電力排放均為負值，主要是三個企業均采用了燃氣直燃發電機組，發電效率比蒸汽發電機組大幅度提高，可以減少網購電量及對外供電供熱；而D、E、F三個企業均采用的是蒸汽發電機組，發電量不夠本廠使用，存在網電購入情況。

3 獨立焦化企業碳排放減排途徑

上述分析表明，加強生產管理，高效合理利用原(燃)料，可大幅度減少企業的碳排放。鑒于此，獨立焦化企業碳減排途徑有以下幾個方面。

3.1 加強管理，減少損耗

管理是企業第一生命線，管理跟不上，企業就很難生存。尤其是焦化行業前幾年的盲目擴張，造成了目前的“高產能、高消耗、高污染、低效率”的局面，加強內部管理、減少損耗就是企業開源節流的主要生存手段。加強管理，完善計量器具配備，做好日常統計分析，可以掌握生產實況，嚴格各生產過程操作，可以很好的減少煤氣逸散損耗，提高化產回收率，進一步減少過程CO2的排放。

3.2 提高焦爐煤氣利用水平

煉焦過程會產生大量的富含有機物和熱值的煤氣，無論從低碳發展角度出發，或是從提高企業利潤考慮，焦爐煤氣的綜合利用水平都應得到重視和發展。然而大多數焦化企業僅是焦爐煤氣進行了初步利用，回收了里面的粗苯、焦油等產品，然后凈煤氣直接送往蒸汽鍋爐燃燒發電。目前一些焦化企業采取了多種措施，努力提高煤氣利用水平，如將蒸汽汽輪發電機組換成燃氣蒸汽聯合發電機組，發電效率大幅增加，不僅可以滿足企業自用，還有富裕可以進行外供；焦爐煤氣采用甲烷合成技術生產SNG，經深冷液化成LNG；以焦爐煤氣為原料，進行催化反應制甲醇等。隨著焦爐煤氣利用水平的深入，不僅提高了產品的附加值，增加了企業利潤，還進一步減少了CO2的排放。

3.3 采取相關節能低碳技術

（1）煉焦煤調濕風選技術

該技術技術是利用焦爐煙道氣所攜帶的廢熱，對煤料進行適度干燥處理，通過降低焦煤的含水量，降低生產焦炭所產生的熱量，提高焦炭產量，減少焦化廢水排放量，延長焦炭爐的設備壽命。通常煤料水分每蒸發1個百分點，煉焦耗熱量相應增加62.0MJ/t（干煤）。采用此技術后，預計可節省煉焦耗熱量220～248MJ/t，相當于節約標煤7.5～8.5kg/t，減少焦爐加熱煤氣消耗量14%左右。產量220萬噸煉焦企業，年可節約能源消耗26781 tce/a，減少碳排放70702 tCO2/a。

（2）焦爐炭化室荒氣回收和壓力自動調節技術

該技術是根據每孔炭化室煤氣發生量變化，實時調節橋管水封閥盤的開度，實現整個結焦周期內炭化室壓力調節，避免在裝煤和結焦初期因炭化室壓力過大產生煤氣及煙塵外泄，并大量減少炭化室內荒煤氣竄漏至燃燒室，實現裝煤煙塵治理和焦爐壓力穩定。采用該技術后，建有2×60孔的6m焦爐企業，年可節約能源消耗1436tce/t，可減少二氧化碳碳排放3799CO2/a。

（3）焦爐荒煤氣顯熱回收利用技術

焦爐荒煤氣顯熱回收利用技術利用上升管換熱器將焦爐荒煤氣與除鹽水進行熱交換，產生飽和蒸汽，將荒煤氣的部分顯熱回收利用，從而提高能源的利用效率。采用該技術后，建有2×45孔的6m焦爐企業，年可回收0.6MPa飽和蒸汽9萬噸，可節約能源消耗8569tce/t，可減少二氧化碳碳排放22625CO2/a。

結語

（1）獨立焦化企業生產過程排放大量的二氧化碳，2015年企業的碳排放系數為0.379tCO2/t。

（2）企業二氧化碳排放總量中，燃料燃燒過程排放占比最大約為80～90%，次之是煉焦工業過程排放，凈購入電力熱力可為負值，提高回收的電力和熱力，是企業降低碳排放的主要途徑之一。

（3）企業應加強管理，減少煤氣逸散損耗，提高焦爐煤氣利用水平，并采取多項節能措施，包括煉煤調濕風選、荒氣回收、煤氣顯熱回收利用等先進節能環保技術，是減少企業碳排放的重要途徑。