潤(rùn)滑油全加氫生產(chǎn)工藝碳排放分析

郭忠森，趙業(yè)卓，龔 珣，王園園，周仕鑫

（1.盤錦浩業(yè)化工有限公司，遼寧 盤錦 124124；2.諾和諾德（上海）制藥有限公司，上海 200040；3.中國(guó)石化濟(jì)南煉化公司，山東 濟(jì)南 250101）

近年來(lái)，因溫室效應(yīng)導(dǎo)致的海平面上升、荒漠化加劇、極端氣候事件頻發(fā)、生物多樣性喪失等問(wèn)題給人類生存和發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［1~3］。為解決氣候問(wèn)題，世界各國(guó)相繼提出凈零碳排放目標(biāo)。據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，截至2021年4月23日，共有包括中國(guó)在內(nèi)的44 個(gè)國(guó)家和歐盟在官方文件中做出“碳中和”政策宣示。在此背景下，石油煉制企業(yè)面臨嚴(yán)峻的碳減排壓力［4］。另一方面，國(guó)內(nèi)成品油市場(chǎng)逐漸飽和，傳統(tǒng)石油煉制企業(yè)向“煉化一體化”轉(zhuǎn)型成為關(guān)鍵發(fā)展方向。千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠僅占國(guó)內(nèi)煉油廠總數(shù)的12%（截至2019 年底，中國(guó)煉油廠總數(shù)225家，其中千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠27家［5］），中小型煉油廠因生產(chǎn)體量、經(jīng)濟(jì)、政策等因素面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展難題。生產(chǎn)高端潤(rùn)滑油產(chǎn)品成為中小型煉油廠提高利潤(rùn)空間的重要方向，科研工作者在潤(rùn)滑油配方研制［6，7］、催化劑開發(fā)［8］、工藝改進(jìn)［9］提高等方面做了大量工作，然而，針對(duì)潤(rùn)滑油生產(chǎn)工藝進(jìn)行碳排放分析卻鮮有報(bào)道。

鑒于此，文中以某煉油廠20×104t/a潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油全加氫生產(chǎn)裝置為研究對(duì)象，以實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，采用SH/T 5000-2011 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳排放核算。并結(jié)合其它煉油廠潤(rùn)滑油裝置改造實(shí)際案例，探討不同節(jié)能技術(shù)對(duì)裝置碳減排的影響，以期為潤(rùn)滑油生產(chǎn)裝置碳減排提供有益參考。

1 潤(rùn)滑油全加氫裝置概況

某煉油廠依托上游160×104t/a 加氫裂化裝置所產(chǎn)加裂尾油為原料，通過(guò)20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置生產(chǎn) 4 mm2/s、6 mm2/s 和 8 mm2/s（100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度）的3種潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。該潤(rùn)滑油加氫裝置原則流程見圖1。

圖1 潤(rùn)滑油加氫裝置原則流程

由圖1 可知，該裝置主要由加熱爐、加裂反應(yīng)器、精制反應(yīng)器、氣—液“高低分”系統(tǒng)、循環(huán)氫系統(tǒng)、分餾塔和減壓塔等組成。潤(rùn)滑油加氫裝置采用連續(xù)操作，操作時(shí)間為8 000 h/a。

2 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析

根據(jù)SH/T 5000-2011《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計(jì)算方法》，潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放源可分為3 種：直接碳排放、工藝碳排放和能源間接碳排放。其中工藝碳排放為燃料燃燒所產(chǎn)生CO2；工藝碳排放為催化劑燒焦、制氫或乙二醇生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的CO2；能源間接碳排放指外購(gòu)蒸汽、電力對(duì)應(yīng)排放的CO2。

2.1 碳排放核算基礎(chǔ)

某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置消耗公用工程情況見表1，不同公用工程所對(duì)應(yīng)碳排放折算系數(shù)見表2。

表1 某煉油廠20×104 t/a潤(rùn)滑油加氫裝置單位能耗表

表2 不同公用工程碳排放折算系數(shù)

2.2 裝置碳排放核算

采用SH/T 5000-2011《石油化工生產(chǎn)企業(yè)CO2排放量計(jì)算方法》進(jìn)行潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放核算。

（1）直接單位碳排放核算。

根據(jù)燃料氣用量及對(duì)應(yīng)CO2排放因子進(jìn)行直接碳排放核算：

式中 M1—燃料氣CO2排放量，kg/t原料；Q燃料氣—燃料氣熱量，MJ/t原料；q燃料氣—燃料氣能量折算系數(shù)；m燃料氣—燃料氣用量，t。

（2）工藝單位碳排放核算。

某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置催化劑每3 a換劑1次，廢催化劑由專業(yè)公司回收處理，故催化劑再生碳排放為零；潤(rùn)滑油全加氫裝置生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)其它工藝CO2排放；即M2= 0 kg/t原料（M2為工藝CO2排放量）。

（3）間接能源單位碳排放核算。

根據(jù)外購(gòu)電力和蒸汽用量及對(duì)應(yīng)CO2排放因子進(jìn)行間接碳排放核算：

式中M3—外購(gòu)電力CO2排放量；n電—外購(gòu)電力用量；M4—外購(gòu)蒸汽 CO2排放量；Q蒸汽—蒸汽熱量；q蒸汽—蒸汽能量折算系數(shù)；m蒸汽—蒸汽用量。

（4）裝置總碳排放量。

M=M1+M2+M3+M4=57.47 kg/t原料

裝置總碳排放量=M×200 kt/a=57.47×200=11 494 t/a。

根據(jù)結(jié)果可知單位碳排放量為57.47 kg/t原料；滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下，裝置碳排放量達(dá)11 494 t/a。其中：直接碳排放占比達(dá)32.7%；工藝碳排放占比為0%；間接碳排放占比達(dá)67.3%。

3 潤(rùn)滑油加氫裝置節(jié)能降碳措施

3.1 節(jié)電技術(shù)

根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果，外購(gòu)國(guó)網(wǎng)電能折算碳排放量高達(dá)2 036 t/a。因此，采用機(jī)泵變頻技術(shù)和壓縮機(jī)無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。

部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見表3，采用SH/T 5000-2011 計(jì)算碳減排情況，操作時(shí)間按照8 000 h/a 計(jì)算。由表3 可知，各煉油廠通過(guò)變頻節(jié)電技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)降低碳排放量65~2 480 t/a。

表3 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)電案例及碳減排分析

3.2 燃料氣節(jié)能技術(shù)

根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果，消耗燃料氣所產(chǎn)生的直接碳排放量高達(dá)3 758 t/a。通過(guò)上下游物料熱直供、基于夾點(diǎn)技術(shù)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、對(duì)加熱爐進(jìn)行改造能夠有效降低燃料氣用量。部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見表4，采用SH/T 5000-2011 計(jì)算相應(yīng)碳減排情況。

根據(jù)表4 可知，各煉油廠通過(guò)改造加熱爐、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)年碳減排772.9~1 561.5 t；以荊門石化相同規(guī)模20×104t/a 潤(rùn)滑油加氫裝置為參考，通過(guò)上述技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)碳減排約27.7%。

表4 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)約燃料氣案例及碳減排分析

3.3 蒸汽節(jié)能技術(shù)

根據(jù)某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置碳排放分析結(jié)果，消耗蒸汽所產(chǎn)生的直接碳排放量高達(dá)5 700 t/a。裝置蒸汽主要消耗在減壓塔塔頂抽真空系統(tǒng)，通過(guò)液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空不僅能夠有效節(jié)約蒸汽用量，更能使減壓塔真空度保持平穩(wěn)，因而得到廣泛采用。對(duì)比不同公用工程碳排放因子，電力碳排放系數(shù)為72.5 kg/GJ，蒸汽碳排放系數(shù)為150 kg/GJ，故通過(guò)電力取代蒸汽具有碳減排效果。部分文獻(xiàn)報(bào)道的裝置改造實(shí)例見表5，采用SH/T 5000-2011 計(jì)算相應(yīng)碳減排情況。根據(jù)表5可知，各煉油廠主要通過(guò)液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空，通過(guò)節(jié)約蒸汽等手段降低碳排放量3 818~6 080 t/a不等。

表5 部分潤(rùn)滑油裝置節(jié)約蒸汽案例及碳減排分析

4 結(jié)論

基于某煉油廠20×104t/a 潤(rùn)滑油全加氫裝置實(shí)際生產(chǎn)能耗，采用SH/T 5000-2011 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳排放分析。結(jié)果表明：該裝置單位碳排放量為57.47 kg/t原料，碳排放量為11 494 t/a。其中直接碳排放占比達(dá)32.7%；工藝碳排放占比為0%；間接碳排放占比達(dá)67.3%。

進(jìn)一步結(jié)合其它煉油廠潤(rùn)滑油生產(chǎn)裝置節(jié)能改造實(shí)際案例，針對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行碳排放折算分析。結(jié)果表明：機(jī)泵變頻技術(shù)、加熱爐改造、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、液環(huán)真空泵取代蒸汽抽真空等手段具有較佳的碳減排效果，值得推廣。