碳平衡法计算炼油厂CO2排放量

碳平衡法计算炼油厂CO2排放量张崇伟;王禹;张晓光;尹恩杰【摘要】为满足炼油厂节能减排的需要，准确计算炼油厂C02排放量至关重要在 基于质量守恒定律的碳平衡法的基础上,结合炼油厂实际运行情况,提出了一种新的 炼油厂CO2排放量的计算方法，该方法简单、快捷，以千万吨级炼油厂为例说明该 计算方法的应用用此方法可快速准确的计算出炼油厂CO2的排放量，可用于炼油 厂CO2排放量的前期估算及后期核算，为炼油厂CO2排放的定量分析提供了一种 方法.To save energy consumption and reduce green-house gas emission, it is very important for refinery to accurately calculate its carbon dioxide emissions. On the basis of the conservation law of mass and in consideration of actual refinery operation, a simple rapid refinery carbon emission calculation method is proposed. The application of the calculation method is illustrated in a case study of a refinery with a capacity of over 10.0 million tons per year. It is proved that this method can rapidly and accurately calculate refinery emission of carbon dioxide, which can be used for front-end emission estimate and later-date calculation. It is an effective method for the quantitative calculation of refinery emission of carbon dioxide.【期刊名称】 炼油技术与工程【年(卷),期】 2011(041)011【总页数】3页(P47-49)【关键词】碳平衡法;炼油厂；CO2;排放量 【作 者】 张崇伟;王禹;张晓光;尹恩杰【作者单位】 中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东省青岛市266071;中国 石油工程建设公司华东设计分公司,山东省青岛市266071;中国石油工程建设公司 华东设计分公司,山东省青岛市266071;中国石油工程建设公司华东设计分公司,山 东省青岛市266071【正文语种】 中 文 近年来，温室气体已经成为世界环境问题之首，早在1997年召开的联合国气候 变化框架公约第三次缔约方大会上，相关国家就签署了京都议定书1， 足以证明各国对这一问题的重视。作为缔约国，在“十一五”期间中国政府多方并举并积极应对，通过努力使单位国内生产总值能耗累计下降19.06%，环比节能约0.76 Gt标准煤，减少CO2排放 约1.8 Gt，取得了显著成效。据中国科学院估算，2011年中国因煤炭、石油、天然气消费排放的CO2分别达 到了 5.636，1.479和0.343 Gt，合计达7.458 Gt，排放量巨大。为实现CO2减 排指标，国家工业和信息化部2011年3月公布了“十二五”期间我国工业节能减 排的四大约束性指标，要求到2015年中国单位工业增加值能耗、CO2排放量和 用水量分别要比“十一五”末数据降低18%，18%和30%，工业固体废物综合利 用率要提高到72%。由此可见，“十二五”期间节能减排的任务十分艰巨，为保 证目标的实现，有可能开征环保税。环境保护部、中国环境文化促进会和中国发展战略学研究会社会战略专业委员会联合发布了中国碳平衡交易框架研究报告，提出以“碳税”这一硬性指标，对经 济活动加以监测、识别和调控。征收碳税，C02排放量准确核算至关重要，而目 前对于炼油厂CO2排放量的计算方法鲜有报道2-4,难有适宜、合理的计算 方法。为弥补这一方面的空白，通过大量文献调研，得出一种利用碳平衡法计算炼 油厂CO2排放量的方法，可为炼油厂CO2排放量的核算提供可靠依据。1 全厂碳平衡炼油厂的碳平衡可用图1表示。图 1 全厂碳平衡示意 Fig.1 Schematic diagram of plantwide carbon balance 碳含量是指单位化石燃料中所含的碳元素的质量。进入炼油厂的碳主要来自原油、 天然气、甲醇、煤等原料和燃料，排出炼油厂的碳主要由产品及外排大气两种形式。1.1 原料碳组成原油的主要化学元素是碳、氢、硫、氮、氧，其中碳质量分数为83.0% 87.0%，氢质量分数为11.0% 14.0%，碳和氢构成石油的主要部分，约占95% 以上。天然气也是以碳氢化合物为主的小分子气体混合物，主要成分为甲烷、乙烷、丙烷、 少量的重碳氢化合物及非烃类的气体，如氮、硫化氢、二氧化碳、氦气等。炼油厂 使用的天然气中碳质量分数一般为70% 75%。有个别炼油厂以煤炭作为燃料，在动力站产生蒸汽。构成煤炭有机质的元素主要有 碳、氢、氧、氮和硫等，占95%以上;还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。从煤 的成因来看，煤化程度越深，碳含量越高，氢和氧的含量越低。泥炭中碳质量分数 为55% 63%，褐煤碳质量分数为63% 77%，烟煤碳质量分数为76% 92% , 无烟煤碳质量分数为90% 98%。1.2 产品碳 目前炼油厂产品一般为液化石油气、丙烷、丙烯、汽油、抽余油、煤油、柴油、苯、 甲苯、混合二甲苯、燃料油、焦炭等。其碳含量典型数值见表1。表1常见炼油产品碳含量典型数值Table 1 Typical carbon content of refinedoil products w，%液化石油气 75 86 柴油 85.5 86.5 丙烷 81.82 苯 92.30 丙 烯85.71甲苯91.30汽油82 87混合二甲苯90.50抽余油82 87燃料油82 87煤油82-87焦炭90-971.3 大气排放碳炼油生产过程中消耗的大量能量是以燃烧燃料得到的，是石化领域CO2排放的主 要部分。石油炼制的CO2排放源为两大类，即直接排放和间接排放:直接排放主要 包括化石燃料的燃烧排放、生产过程中的工艺排放以及各种逃逸排放，间接排放是 指外购的由化石能源转换的电、蒸汽所产生的排放。由于目前针对间接排放是否列 入炼油厂的实际碳排放还存在争议，故本文的研究内容主要是直接排放2。炼油产生燃烧排放的主要设备为热电锅炉、蒸汽锅炉、工艺炉、涡轮和火炬等，工 艺排放主要来自催化裂化装置烧焦、制氢工艺排放以及装置的催化剂再生等过程， 因逃逸排放具有不确定性、排放数量很小，未来可以采用简化方法估算，本文暂不 考虑5-6。2 碳平衡计算方法2.1 原料碳计算炼油厂物料带入的碳量总和具体计算公式为:式中:C带入进入炼油厂原料中碳总量，t;M原油炼油厂年原油加工量，t;a碳原油中碳质量分数,83.0% - 87.0%;M天然气炼油厂年天然气用量，t;P碳一一天然气中碳质量分数，70% -75%;M甲醇炼油厂甲醇年用量，t;Y碳甲醇中碳质量分数,37%;M煤炼油厂年煤炭用量，t;8碳煤炭中碳质量分数，%;Mi其它其它进入炼油厂物料用量，t;Zi碳其它物料中碳质量分数，。2.2 产品碳计算炼油厂产品的主要化学元素是碳、氢、氧等，其中碳质量分数为80.0% -95.0%, 氢质量分数为3.0% -21.0%，由碳和氢形成的烃类构成炼油产品的主要组成部分， 约占 96%以上。式中:C产品炼油厂产品中碳的总量，t;Mi产品每一种出厂产品的质量，t;oi碳每一种出厂产品中碳质量分数，。2.3 全厂碳平衡综合以上内容炼油厂碳平衡可用下式表示:2.4 排放碳3 碳平衡法计算 CO2 排放量说明(1) 项目前期阶段因无法确定产品的碳含量，只能以资料和文献进行估算，因此碳 平衡法计算的炼油厂外排CO2也是估算值，采用合理的数值可以得到较为可靠的 结果，可用于项目可行性研究报告及项目固定资产节能评估等文件的编制。(2) 进入生产阶段后，炼油厂配备的分析测试仪器，可随时监测和化验炼油厂的原料及所有产品的性质及组成，可以得到实际的碳含量数据，这时可以通过碳平衡法得到炼油厂外排C02的准确数据，可用于炼油厂碳排放数据核算。4 碳平衡法计算实例 以国内已经运行的某千万吨级炼油厂为例，对全厂进行碳平衡计算，结果见图2。根据公式(4),计算得该炼油厂的C排放二C带入-C产品=909.1 kt/a , CO2排 放量=44/12 xC 排放=3333.4 kt/a。图 2 炼油厂碳平衡计算示例 Fig.2 Refinery carbon balance calculation example5 结论(1) 炼油厂CO2直接排放包括化石燃料的燃烧排放、生产过程中产生的工艺排放以 及泄漏导致的逃逸排放。(2) 基于质量守恒定律，利用碳平衡法得到了一种炼油厂CO2排放量的简便计算方 法，可用于炼油厂CO2排放量的前期估算及后期核算。(3) 实际生产过程中，通过进出炼油厂所有物料的碳含量分析，可准确掌握炼油厂 夕卜排CO2的情况。参考文献【相关文献】1钱伯章温室气体减排和利用进展J 研究探讨，2006(7):12-15.2 孟宪玲炼厂二氧化碳排放估算与分析J 低碳经济，2010(2):13-16. 3 张宏斌.我国的能源消费和二氧化碳排出 J .山西师范大学学报:自然科学版，2001， 15(4):64-69. 4 钱杰，俞立中.上海市化石燃料排放二氧化碳贡献量的研究 J .上海环境科学，2003， 22(11):836-839.5 Ibrahim Alhajri.Integration of hydrogen and CO2management within refinery planningD.Waterloo，Ontario，Canda:The University of Waterloo，2008.6 魏晓丹屆内外C02的利用现状及进展J 低温与特气，1997(4):1-7.