炼厂二氧化碳排放估算与分析

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不同制氢原料和工艺CO2排放情况比较见 表1。
表1 不同制氢原料和工艺CO2工艺排放比较
原料种类
石脑油
原料消耗
3.40
燃料消耗
0.68
单位工艺排放
9.72
单位燃烧排放
1.94
工艺和燃烧排放系数
11.67
注:制氢装置规模均为9万标立方米/时。
天然气 3.31 0.59 9.224 1.64 10.87
2)催化裂化装置是炼厂的核心生产装置之 一,由于其催化剂烧焦而成为CO2排放大户。因 此,如何优化催化裂化装置操作、降低生焦是炼 厂CO2减排应重点关注的方向。
有关研究表明[4-5]:FCC装置进料密度、转化 率等因素对CO2排放影响较为显著,催化进料轻质 化以及保持合理装置转化率可有效促进减排。
3)炼厂主要炼油装置的CO2排放数量与该装 置的能源消耗密切相关,能耗较大的装置CO2排放数 量也较大,节能是实现炼厂CO2减排的最主要手段。
2)若已知燃料热值数据,可根据不同燃料的 热值和对应的CO2排放因子进行计算,即:
CO2排放量= 燃料量×热值×CO2排放因子 不同燃料的热值以及对应的排放因子可参见 文献1。 2.2 工艺排放 1)对于催化剂烧焦导致的工艺排放,一般采 用统计期内的焦炭燃烧数量进行计算,并假设焦 炭完全燃烧为CO2,计算公式如下: CO2排放量 = CC×CF×44/12 其中:CC = 统计期内的焦炭燃烧量
CF = 燃烧焦炭中的碳含量 2)对于制氢装置产生的工艺排放,一般基于 进料流量和碳含量的物料平衡法进行估算,若碳 含量未知,可根据原料组成进行估算: CO2排放量 = FR × CF × 44/12 其中:FR = 统计期内的原料量(不包括H2O)
CF = 原料中的碳含量 需要注意的是,采用煤(焦)为原料的制氢 工艺中,碳转化率不是100%,需要根据残渣中的 碳含量予以调整。 2.3 间接排放 对于炼厂外购蒸汽和电所对应的间接排放, 一般根据实际消耗量和相应的排放因子进行计 算。其中外购电CO2排放因子按照国家发改委公布 的电网基准线排放因子为准[2],供热CO2排放因子
油加工方案的选取。目前比较成熟的工艺路线分 为两大类:一是加氢工艺;二是脱碳工艺。前者 的代表是固定床渣油加氢处理技术,后者则是延 迟焦化技术。
以千万吨级炼厂的延迟焦化、重油加氢路线 规划方案为模板,对两种典型炼厂加工流程的CO2 排放情况进行了测算与对比。结果表明,若采用 延迟焦化加工方案,由于焦化装置的碳捕集作用 以及加工过程中耗氢较少,加工吨原油总的排放 系数为0.25吨CO2/吨原油左右;若采用重油加氢路 线,一般需要配置同等规模的催化裂化装置,催 化烧焦数量较大;氢气耗量也较大,制氢装置的 排放量也大,加工吨原油总的排放系数为0.32吨 CO2/吨原油,比采用焦化工艺的加工方案高出28% 左右。 3.4 主要炼油装置排放分析与比较
根据炼油生产装置基础数据集的统计数据, 对炼厂16套主要炼油装置的CO2排放情况进行了估 算。与前面定义有所不同,在此将装置本身所消 耗的燃料燃烧排放定义为直接排放;把输入装置 的蒸汽和电所对应的排放定义为间接排放,并分 别进行了估算。结果表明:催化裂化装置CO2排放 最为显著,其次是常减压、催化重整、制氢和焦 化等装置(见图4)。
石油炼制行业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;而 工艺排放则主要来自催化裂化装置催化剂烧焦、 制氢装置工艺排放以及其他装置催化剂再生等过 程。在本研究中,因逃逸排放具有不确定性、排
放数量很小,暂不予以考虑。 典型炼厂CO2排放源分类及分布如图1所示。
2 炼厂CO2排放量估算方法 参考美国石油学会“油气行业温室气体排放
5)由于炼厂的CO2排放较为显著,欧美等国 家和地区控制温室气体排放的相关策略对炼油行 业的发展产生了很大的影响。建议国内炼油企业 积极关注国内减排政策的进展,逐步加强对自身 排放的统计和监测,在大力开展节能降耗的基础 上,减缓CO2排放。
参考文献
[1] 美国石油学会《油气行业温室气体排放计算方法学纲 要》,2004版
计算方法学纲要”[1],对炼厂CO2放量进行了估 算。基本原则为:采用物料平衡的方法计算固定 燃烧排放源的排放量,即以燃料用量与碳含量分 析数据为基础;一般假定完全燃烧,即燃料中的 碳100%燃烧变成CO2;工艺排放则根据不同工艺 特点及有关参数进行估算。 2.1 燃烧排放
1)对于固定和移动燃烧排放源,一般按照实 际的燃料消耗以及该燃料的实测碳含量(或默认 碳含量)为基准计算燃烧过程的CO2排放量。其中 燃料消耗可根据实际生产情况,采用燃料平衡或 容器测量的结果。基本计算公式如下:
4)无论采用那种制氢原料和工艺,单位氢气 产品的CO2排放强度都较大。未来,低成本煤制氢 工艺将在炼厂氢气供应中占一定的比例,其CO2排 放强度更大,如何加强制氢装置高纯度CO2资源的 回收利用将成为值得关注的问题。建议通过优化
全厂加工流程、加强氢气资源回收利用等措施降 低氢气消耗;调整制氢原料结构、降低原料消耗 等措施来降低制氢装置排放强度。
CO2排放量 = 燃料量×碳转化率×燃料含碳 率 / 12×44
通常,燃料燃烧时假设碳完全转化,对于不 能完全燃烧的过程,则根据渣中的碳含量调整碳 转化率。主要燃料含碳率可参考文献1中的数据或
收稿日期:2010-02-18。 作者简介:孟宪玲,高级工程师,1998年毕业于 中国石油大学化工专业,主要从事石油化工规 划、咨询、项目评估等工作。
2010年第2期 总第182期
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低碳经济
Low-Carbon Economy
炼厂CO2排放 直接排放
间接排放
燃烧排放
常减压、催化裂 公用工程
化等工艺装置
设施
逃逸排放
工艺排放
炼厂外购电、蒸汽 所对应的排放
火炬
催化剂烧焦
制氢装置
图1 典型炼厂CO2排放源分类及分布
根据报告单位实际测定数据确定。公式中的12和 44分别为碳原子和CO2的分子量。
1 炼厂CO2排放源分类及分布 石油炼制生产过程中消耗大量的能量,是石
油石化领域CO2排放较为显著的部分。与其他工业 生产部门相似,石油炼制生产CO2排放源也主要包 括两大类,即直接排放和间接排放。直接排放主 要包括化石燃料燃烧后的燃烧排放、生产工艺过 程中产生的工艺排放以及各种设备部件泄露导致 的逃逸排放;间接排放主要是指外购的由化石能 源转换的电、蒸汽所产生的排放。
[2] 国家发展与改革委员会网站,2010年 [3] 中国石油化工集团公司炼油装置基础数据集,2005-
2008年 [4] Michiel Spoor R. Refinery CO2 Challenges. KBC Process
Technology Ltd, Hydrocarbon China, 2006,(3) [5] Ian Moore. Reducing CO2 Emissions. Aspen Tech Ltd,
低碳经济
Low-Carbon Economy
炼厂二氧化碳排放估算与分析
孟宪玲
(中国石化咨询公司,北京100029)
摘 要:介绍了炼厂二氧化碳排放源的分类、分布以及主要的计算方法;对炼厂排放情况进 行了估算和分析,提出了有关建议。
关键词:炼厂 二氧化碳排放 估算 分析 建议
气候变化问题日益受到国际社会的广泛关 注。近期,我国政府公布了控制温室气体排放的 行动目标:即到2020年全国单位国内生产总值二 氧化碳(CO2)排放比2005年下降40%~45%,表明 了中国政府对全人类长远发展高度负责的态度。 随着该行动目标的公布,重点排放领域统计、监 测和考核办法的制定将逐渐提上议程。作为高耗 能行业之一的石油石化行业在应对国家减排义务 中要提前做好准备。为此,本文主要对炼厂CO2排 放情况进行了介绍、估算和分析,并提出了有关 建议,为炼油行业制定减排战略和应对减排义务 提供参考。
燃料型炼厂
炼厂类型
图2 不同类型炼厂CO2排放系数比较
0.34
0.32
0.30
0.28
0.26
0.24
0.22
0.20 < 500
500~1 000
> 1 000
炼厂规 模(万吨/年)
图3 不同规模的炼厂CO2排放系数比较
3.3 炼厂加工流程对CO2排放的影响 一般来说,炼油加工总流程的选择核心是重
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孟宪玲. 炼厂二氧化碳排放估算与分析
低碳经济
Low-Carbon Economy
数也大一些。初步看来,炼厂加工的原油硫含量 与API变化对炼厂CO2排放的影响不是很显著(见 图2、图3)。
0. 32
0. 30
排放系数
0. 28
0. 26
0. 24
排放系数
0. 22 油化一体化厂
可按153.23kg CO2/GJ进行估算: CO2排放量 = 汽、电外购量 × 排放因子
3 炼厂CO2排放量估算与分析 3.1 炼厂CO2排放概况
根据上述炼厂CO2排放估算方法以及典型炼厂 基础数据统计[3],对国内炼厂的CO2排放情况进行 了估算。结果表明:典型炼厂的CO2直接排放占总 排放的85%、间接排放占15%左右。直接排放中, 燃烧排放与工艺排放所占的比例分别为60%和40% 左右;工艺排放以催化剂烧焦排放为主,占总工 艺排放的78%,制氢装置工艺排放占22%左右; 典型炼厂包括间接排放在内的总的CO2排放系数为 0.30吨CO2/吨原油左右。 3.2 不同类型炼厂CO2排放对比与分析
在炼厂CO2工艺排放源中,制氢装置由于消耗 大量的轻烃原料而成为工艺CO2排放大户。随着我 国汽柴油产品质量升级步伐的不断加快,炼厂加 氢装置和制氢装置能力将日益增加,CO2排放强度 将进一步增加。
为探讨制氢装置减排的潜力与可能性,对不 同制氢原料和工艺的CO2工艺排放进行了对比与分
析。结果表明:对于炼厂常规采用的石脑油、天 然气以及炼厂干气3种制氢原料,采用蒸汽转化法 的原料消耗、燃料消耗量非常相近,对应的CO2 排放因子相差不大;而对于采用煤/焦部分氧化造 气制氢的工艺,单位氢气产品的原料消耗较大, 相应的CO2排放因子比轻烃蒸汽转化法要高出近 40%。
1 200
1 000 800
直接排放
总排放
排放量(万吨/年)
wk.baidu.com
600
400
200
0 常减压
催化 裂化
延迟 焦化
催化 重整
汽煤柴 渣加 氢
加氢 裂化
图4 炼厂CO2排放量比较
制氢 装置
其他 装置
2010年第2期 总第182期
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低碳经济
Low-Carbon Economy
3.5 不同制氢原料和工艺CO2工艺排放对比与 分析
炼厂干气 3.36 0.62 9.363 1.728 11.09
煤/焦 7.90 0.031 17.38 0.086
17.47/18.79
吨/吨
4 总结与建议
1)典型炼厂的CO2排放分为直接排放和间接 排放两大类。排放源主要来自固定设备的燃料燃 烧以及生产工艺排放,包括间接排放在内的炼厂 CO2总排放系数为0.30吨CO2/吨原油左右。
Post-Crisis Times
Jin Sanlin
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(Information Center, Development Research Center of the State Council, Beijing 100010, China)
Hydrocarbon China, 2006,(2)
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Abstracts of Selected Articles(Ⅰ)
Petroleum & Petrochemical Enterprises’ Development Environment and Strategy in the
炼厂因加工规模、加工原油、加工流程以及 产品结构的不同而分为不同的类型,为进一步探 讨不同类型炼厂的CO2排放情况,重点考虑了炼 厂类型、炼厂规模、能耗水平、原油硫含量和API 度等因素,对CO2排放情况进行对比与分析。结果 表明:燃料化工型炼厂的CO2排放系数比燃料型炼 厂要低8%左右,表明燃料化工型炼厂在物料、能 量互供方面存在一定的优势,CO2排放系数略小一 些;随着炼厂规模的增加,CO2排放系数呈现递减 趋势,主要原因是炼厂规模越大,相对的能源综 合利用水平越高,节能与CO2减排效果较好。分析 单因耗能对炼厂排放的影响可知,单因耗能大、 炼厂能耗水平较低,对应的单位加工量的排放系
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